Concept de rareté thermodynamique des ressources pour la sélection de procédés de production de chaleur décarbonée

Les technologies à énergie renouvelable se révèlent pertinentes pour la réduction des émissions de CO2 et pour l'amélioration de la sécurité de l'approvisionnement énergétique. Néanmoins, le fait de passer des énergies fossiles aux énergies renouvelables se traduit par le remplacement des matières premières énergétiques (charbon, pétrole, gaz) par des matières premières non énergétiques (matières minérales et organiques). Autrement dit, moins gourmands en énergie fossile, ces procédés exigent de mobiliser davantage de matériaux pour leur fabrication (Vidal, 2018). Il devient nécessaire de rajouter à l’analyse de cycle de vie (ACV), la notion de rareté thermodynamique qui consiste à donner aux matériaux une valeur thermodynamique, dépendant de leur concentration et de leur abondance dans la croûte terrestre. Un indicateur de rareté thermodynamique a été introduit par Valero et al. (2015) en se basant sur l’exergie, d’une part, nécessaire pour l’extraction et le raffinage des matériaux et, d’autre part, liée à la concentration des minerais dans les mines actuelles. Afin d’illustrer le propos, nous appliquons ce concept à la comparaison entre plusieurs systèmes de production d’eau chaude sanitaire à partir d’énergie solaire. Ainsi, nous comparons un chauffe-eau solaire thermique avec un cumulus électrique ou un chauffe-eau thermodynamique alimenté par des panneaux photovoltaïques (PV). Outre les indicateurs utilisés dans l’analyse de cycle de vie tels que la demande en énergie cumulée, le contenu CO2 et la quantité de matériaux mobilisés, nous y associons la valeur thermodynamique de ces matériaux en intégrant cet indicateur de rareté thermodynamique. Nous montrons ainsi que le chauffe-eau solaire thermique est, pour l’ensemble des critères, plus intéressant même si au regard des indicateurs de l’ACV, son intérêt peut être discuté selon le lieu où il se situe. Par contre, le chauffe-eau solaire thermique s’avère nettement plus pertinent que les systèmes alimentés par du PV au regard de l’indicateur de rareté thermodynamique. Cet indicateur met en évidence les matériaux dont les ressources peuvent être très limitées et donc en faible abondance sur Terre. Il contribue ainsi à une meilleure évaluation de l’utilisation des ressources naturelles à laquelle sont associés généralement les risques d’approvisionnement. À cet indicateur, il s’agira ensuite d’y adjoindre l’intérêt économique de ces matériaux pour consolider la notion de criticité qui reste encore actuellement relativement floue et imprécise. L’objectif de cette approche est de compléter l’ACV pour fournir un outil d’aide à la sélection des procédés de production de chaleur décarbonée.

Article

PDF : download