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Innover ensemble pour réduire les « Impacts Environnementaux Véhicules »
Par Monsieur Claude WOZNIAK
Pilote du Domaine d’activité stratégique ‘impacts environnementaux véhicules‘ du pôle de compétitivité MOVEO.
Introduction :
Prendre en compte le cycle de vie complet des produits et les impacts globaux des activités liées à la mobilité (R&D, production, transport, commerce et services, usage, fin de vie…) devient une pratique répandue. L’industrie de l’automobile et des transports a depuis plusieurs années mis en place des équipes et des plans d’actions pour réduire l’empreinte environnementale de ses activités. La disponibilité des matériaux à des coûts abordables, le remplacement de matières règlementées pour leur toxicité potentielle, le recyclage des véhicules, la maîtrise des déchets et leur valorisation ainsi que l’introduction de matières issues de la biomasse sont devenus des sujets de préoccupations industrielles majeures.
Une ambition : réduire les « Impacts Environnementaux Véhicules »
Dans le même temps, les pressions sociétales conduisent à reconsidérer la qualité de l’air et les nuisances sonores des espaces ruraux et urbains, en prenant par exemple en compte les pollutions croisées industrielles et agricoles, celles dues à l’habitat (chauffage, climatisation) ou encore aux transports. Les observations sur sites et les simulations numériques revisitées doivent permettre de mieux préparer les décisions de politique publique et de cibler les progrès technologiques nécessaires pour améliorer la qualité de vie ressentie, à des coûts acceptables. De même, une bonne connaissance du cycle de vie des produits et des services, indispensable à l’appréhension et au traitement des sources de pollution (usage des véhicules, fabrication et recyclage, services …) et des impacts environnementaux (usage des matériaux, bruit…), constitue la base d’une éco-conception généralisée.
L’innovation au service d’une gestion intelligente des ressources
En matière d’éco-conception, la prise en compte des ressources disponibles répondant à la fois aux performances techniques et aux contraintes économiques de rentabilité et d’innocuité pour l’environnement est une composante élémentaire de la R&D. La mise au point de nouveaux procédés économiquement abordables, plus respectueux de l’environnement, et l’utilisation de nouveaux matériaux, pour certains d’origine renouvelable, passent obligatoirement par une meilleure valorisation des ressources.
Prenons l’exemple des platinoïdes : le développement de nouveaux systèmes de post traitement limitant les émissions polluantes de moteurs à combustion interne reste étroitement lié à l’utilisation de métaux précieux tels que les platinoïdes dont les quantités embarquées atteignent environ 30 à 100 mg/kW/véhicule pour des véhicules Euro 4.
Par ailleurs, le développement (et la maîtrise des coûts) des systèmes de propulsion par piles à combustible à membrane passe par une réduction drastique de la quantité de platinoïdes embarquée qui sur des prototypes actuellement en test atteint ou dépasse 10 g/kW/véhicule : seul l’emploi des nano technologies permettra d’envisager une division par 5 de ces quantités.
Autre exemple, le Nickel et le Cobalt, éléments essentiels dans plusieurs procédés de dépollution et de production d’hydrogène, sont interdits du fait de leur toxicité, ou leur emploi va être drastiquement réglementé par la directive REACH.
On voit donc qu’au regard des émissions de gaz à effet de serre et des émissions polluantes locales, les quantités nécessaires de ces matériaux ne peuvent qu’augmenter et donc révéler des difficultés d’approvisionnement et de tension sur les prix, d’autant plus qu’une augmentation importante de la production automobile est envisagée dans les 20 prochaines années. Les chiffres parlent d’eux-mêmes : les réserves mondiales de platine atteignent 80 000 tonnes quand l’automobile utilise actuellement environ 30% de la consommation annuelle. Les coûts et la disponibilité des autres matériaux (métaux et polymères, élastomères, fluides, verres…) suivent une tendance similaire.
D’importants travaux de R&D sont en cours pour trouver de nouveaux matériaux tout aussi efficaces mais plus respectueux de l’environnement. L’utilisation croissance des matériaux verts comme les fibres et matières naturelles (chanvre, lin, bois, coton…) entrant dans la composition des bio composites et des biomatériaux, partiellement ou complètement issus de la biomasse, offre des opportunités intéressantes. Il en est de même pour la maîtrise de la chaîne du recyclage, à condition de disposer de processus et procédés fiables (logistique, procédés de démontage, transformation, conditionnement…) : en 2007, 15 Mt de ferreux et de VHU étaient traités en France, pour 2 Mt de verre, et 0,4Mt de plastiques (36 Mt de matériaux au total).
Une meilleure utilisation des ressources, via le recours aux nouveaux matériaux et aux nano technologies, une récupération plus complète des quantités déjà utilisées et la recherche de stratégies de remplacement sont par conséquent essentielles. Une meilleure connaissance des ressources disponibles au travers de différents scénarios de développement constitue un point clé qui doit être abordé par des équipes regroupant chimistes, géologues, économistes…
La valorisation des matériaux : véritable enjeu du recyclage
Pour l’industrie automobile, l’objectif est la valorisation effective de 95% de la masse de chaque véhicule en 2015. Grâce aux démarches d’éco-conception, aujourd’hui la masse des véhicules est recyclable à hauteur de 95% et de plus en plus de pièces sont produites à partir de matériaux recyclés.
La masse des véhicules étant composée à 75% de métaux ferreux (acier) et non ferreux (aluminium, cuivre, etc.) aisément valorisables, le véritable enjeu du recyclage réside dans les 25 % restants qui se composent de matériaux plus difficiles à valoriser techniquement ou économiquement (mousses, verre, tissus, composants électroniques et surtout plastiques). (Sources CCFA). Des solutions innovantes et économiquement viables sont à trouver pour optimiser le traitement et la valorisation des véhicules en fin de vie. Un effort particulier est à entreprendre sur la valorisation des systèmes électroniques et du verre d’origine automobile. La 2ème vie de différents composants (batteries, ouvrants, pièces 2ème monte, échange standard) est également à considérer.
L’approche du cycle de vie : une démarche globale
Afin de prendre en compte l’impact global d’un produit sur l’environnement, il est nécessaire d’intégrer dans son cycle de fabrication, de réparation et de démantèlement des procédés moins consommateurs d’énergie et/ou de matières premières offrant une réduction de leur empreinte carbone. Des procédés innovants permettent de réduire les cycles et les temps de développement (prototypage rapide, fabrication directe, plate-forme d’essais outillage) et ainsi de faire des économies de matière (copeaux, chutes, rebuts…) et de consommation d’énergie.
On le voit, il est nécessaire d’aborder de façon globale et intégrée les impacts environnementaux : bilan énergétique global, cycle de vie, recyclage, matériaux et procédés. Ainsi, tous les progrès à apporter pour une gestion durable des ressources convergent en amont vers l’analyse du cycle de vie. L’introduction de chaque nouvelle technologie (composant mécatronique, nouveaux matériaux de structure …) devra a priori se justifier à partir d’analyses de ce type.
Plusieurs constructeurs savent fournir de telles analyses, même si les méthodes employées ne sont pas encore stabilisées. Les données de bases restent difficiles à obtenir et des approches fondées sur des études de sensibilité sont souvent proposées (études du GIEC sur l’effet de serre). Toutefois, en intégrant l’usage réel des véhicules (cycles Artémis, tentative FIA label qualité environnementale) et les étapes de fabrication, d’usage, d’entretien et de recyclage, les domaines d’activité techniques les plus efficaces apparaissent.
Conclusion :
Relever le défi d’une industrie compétitive, en phase avec son environnement, passe nécessairement par une coopération plus étroite de tous les acteurs de l’innovation sur tous ces sujets. Les grands constructeurs ainsi que leurs partenaires fournisseurs l’ont compris en mutualisant leurs compétences au sein des pôles de compétitivité.
Claude WOZNIAK
Pilote du Domaine d’Activités Stratégiques « Impacts Environnementaux Véhicules » du pôle de compétitivité MOV’EO*.