Transcript Unit 12. Eco-selection and the Eco

Unité 12.
Eco-sélection:
l’outil Eco-audit
Favoriser la réflexion sur le cycle de vie des
produits dans les cours d’introduction.
Mike Ashby
Department of Engineering
University of Cambridge
© M. F. Ashby, 2012
For reproduction guidance see back page
This lecture unit is part of a set created by Mike Ashby to help introduce students to materials, processes and rational selection.
The Teaching Resources website aims to support teaching of materials-related courses in Design, Engineering and Science.
Resources come in various formats and are aimed primarily at undergraduate education.
Some of the resources are open access and students can access them. Others are only available to educators using CES EduPack. www.grantadesign.com/education/resources
Sommaire

Consommation de matériaux et cycle de vie

ACV – problèmes et solutions

Eco-audits et l’outil « Eco-Audit »

Stratégie pour la sélection de matériaux

Démo

Exercices
Ressources





Livre: “Materials and the Environment”, Chapitres 1 - 9
Livre: “Materials: engineering, science, processing and design”, 2ème Edition, Chapitre 20
Livre: “Materials Selection in Mechanical Design”, 4ème Edition, Chapitre 16
Logiciel: CES EduPack avec l’outil Eco-Audit
Poster: Graphiques des Eco-propriétés des matériaux
M. F. Ashby, 2012
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Production annuelle de matériaux
Production mondiale annuelle (tonnes/an)
Préoccupation 1: Consommation des ressources, dépendance
Production par an
M. F. Ashby, 2012
96% de
l’utilisation
de matériaux
=
20% de
l’énergie
globale
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Rejet de Carbone dans l’atmosphère
Préoccupation 2 : Consommation d’énergie, Emission de CO2
Rejet annuel de CO2 (tonnes/an)
Rejet CO2 atmosphère / an
20% de tous
les rejets
dans
l’atmosphère
M. F. Ashby, 2012
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Le Cycle de Vie du produit
Ressources
Analyse du Cycle
de Vie (ACV)
Energie
Matière
premières
Fabrication
du produit
Transport
Ressources
naturelle
Emissions et déchets
•CO2 , NOx , SOx
•Déchets liquides
•Déchets solides
M. F. Ashby, 2012
Production
de matériaux
Incinération
Rénovation
Amélioration
Elimination
du produit
Utilisation du
produit
Enfouissement
des déchets
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Analyse du Cycle de Vie (ACV)
Séries ISO 14040
PAS 2050
Consommation
de ressources
Inventaire des
émissions
Estimation des
impactes
Résultat typique d’une ACV
Canette d’Aluminium, 1000 unités
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Bauxite
Pétrole
Electricité
Energie en matière première
Utilisation d’eau
Emissions: CO2
Emissions: CO
Emissions: NOx
Emissions: SOx
Particules
Potentiel de réduction
de la couche d’ozone
• Potentiel de réchauffement
climatique
• Potentiel d’acidification
• Potentiel de toxicité pour l’homme
59
148
1572
512
1149
211
0.2
1.1
1.8
2.47
kg
MJ
MJ
MJ
kg
kg
kg
kg
kg
kg
Regrouper autour
d’un “éco-indicateur” ?
0.2 X 10-9
1.1 X 10-9
0.8 X 10-9
0.3 X 10-9

Une ACV complète coûte cher , requière beaucoup de détails et de
compétences – et même avec tout cela, elle reste sujette à l’incertitude.

Comment un designer peut-il utiliser ces données ?
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Orientation de Conception VS. Evaluation du Produit
Besoins du marché
Enoncé du problème
Projets alternatifs
Agencement et
Matériaux
CAO, Méthode des éléments
finis, optimisation,
coûts de production
Concept
Mode de
création
Utilisation de
l’Eco – audit
Particularités
Spécification du produit
Production
M. F. Ashby, 2012
Analyse du Cycle
de Vie (ACV)
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Eco-audit pour la conception
Besoin: Un Eco-audit rapide et suffisamment précis pour aider à la
prise de décision.
 1 ressource – L’énergie
 1 émission – L’équivalent CO2
 Distinguer les phases de vie du produit
16
600
14
Équivalent C02 (kg)
Énergie (MJ)
400
300
200
100
12
10
8
6
4
2
0
0
-2
-100
Ces graphiques présentent l’énergie et le
CO2 consommés durant la vie du produit.
Ces parties représentent les bénéfices
potentiels en fin de vie du produit.
(Comme prescrit dans l’ISO 14040 & la PAS 2050)
(Ce qui peut être potentiellement récupérable)
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L’Eco-conscience pour la conception: La stratégie
(1)
Les étapes
Eco-audit
rapide
Analyse des
résultats,
Identification
des priorités
Exploration
des nouvelles
options
Et si ...
Différents matériaux?
600
600
400
400
300
Énergie (MJ)
Énergie (MJ)
Conception initiale
200
100
300
200
100
0
0
-100
-100
M. F. Ashby, 2012
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L’Eco-conscience pour la conception: La stratégie
Analyse des
résultats,
Identification
des priorités
Eco-audit
rapide
Exploration
des nouvelles
options
Sélection de
nouveaux matériaux
et/ou de nouveaux
procédés avec CES
(2)
Recommander de
nouvelles actions
et évaluer les
gains potentiels
600
Les étapes
Utiliser l’éco-audit
pour identifier les
objectifs de conception
Énergie (MJ)
400
300
200
100
0
-100
Matériaux
Fabrication
Transport
Minimiser:
Minimiser:
Minimiser:
• les matériaux
• l’énergie grise
• CO2 / kg
• l’énergie de
• poids
• distance
• modes de
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fabrication
• CO2 / kg
transport
Utilisation
Fin de vie
Minimiser:
• poids
• pertes
thermiques et
électriques
Sélectionner:
• matériaux nontoxic
• matériaux
recyclables
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L’outil Eco-audit du CES EduPack
Données Utilisateur
Données du CES
Base de donnée Éco
Interface Utilisateur










Coût des matériaux
Procédés de fabrication
Transport
Utilisation
Choix de fin de vie
Energie Grise
Energie de Fabrication
Empreintes CO2
Energie de Transport
Recyclage / combustion
Résultats
Énergie (MJ)
(Incluant les
données
tabulaires)
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Émission de Carbone (kg)
Modèle
Eco-audit
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Fiche montrant des éco-propriétés
M. F. Ashby, 2012
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L’outil éco-audit : Niveaux 1, 2 et 3
^ 1. Material, manufacture and end of life ?
1
Composant 1
Fonte
30%
2.4
Moulage
Recyclé
1
Composant 2
Polypropylène
0%
0.35
Moulage
Enfoui
Quantité?
Nom
v 2. Transport ?
v 3. Use
?
v 4. Report
?
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Choix de
matériaux dans la
base de données
du CES
AIDE pour
chacune
des étapes
Fixer le
contenu
recyclé
0 – 100%
Entrer la
masse
Choix du mode
de fin de vie
Sélectionner le
procédé
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Matériaux et Energies de fabrication / CO2
Nom du
Composant
Matériaux
Composant 1
Alliages d’Aluminium
Procédé
Moulage
Masse (kg) Fin de Vie
2.3
Recyclé
• Reuse
Polypropylène
Moulage de polymère
1.85
Enfoui
• Moulage
• Refurbish
• Laminage d’ébauche, Forgeage
• Extrusion, Laminage de feuille
• Recycle
Composant 3
Verre
Moulage de verre
3.7
Réutilisé
• Tréfilage
• Combust
• Mise en œuvre à partir de poudre métalique
• Landfill
• Vaporisation
Énergie totale de
Énergie totale de
Énergie Grise totale
Masse totale
Options de
fabrication Procédés
fin de vie
Composant 2
Fin de Vie
Énergie (MJ)
disponibles
Arbre de
matériaux du
CES EduPack
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Transport
Phase de
transport
Type de
transport
Phase 1
32 tonne truck
Phsae 2
Sea freight
Distance (km)
350
12000
ÉnergieTransport
Énergie (MJ)
CO2 Transport
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Table des types de transports:
MJ / tonne.km
CO2 / tonne.km
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Phase d'utilisation – mode statique
Énergie en entrée et
en sortie
Energie fossile fuel -> Elec.
Évaluation de la
puissance
1.2
Utilisation
365
Utilisation
0.5
Énergie et
kW
Energy conversion path
W
Fossil fuel to heat, enclosed system
jours par an
kW
Fossil fuel to heat, vented system
MW
Fossil fuel to electric
heures
par
jour
hp
Fossil fuel to mechanical
ft.lb/sec Electric to heat
CO2 total
pour Electric
l’utilisation
kCal/yr
to mechanical (electric motor)
BTU/yr
Electric to chemical (lead-acid battery)
Electric to chemical (Lithium-ion battery)
Electric to light (incandescent lamp
Electric to light (LED)
Énergie (MJ)
Énergie
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Bouteille d’eau (100 unités)
 Bouteille de 1 litre en PET
 Bouchon en PP
 Moulage par soufflage
 Remplie en France, transportée par camion 550 km
 Refrigérée 2 jours avant d’être bue
Nbr
Nom
Matériau
100
Bouteille
100
Capsule
100
Eau
PET
Polyprop
Procédé
Masse (kg) Fin de Vie
Moulage
0.04
Recyclé
Moulage
0.001
Recyclé
1.0
Transport
France -> UK
14 tonne truck
550 km
Use - refrigeration
Fossile -> Elec.
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0.12 kW
2 jours
24 h / jour
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Le résultat: la bouteille
400
L’audit révèle les
étapes consommant
le plus d’énergie et
de carbone…
(MJ)
Énergie(MJ)
Energy
300
200
100
Fin de vie
0
Matériaux Fabrication Transport
-100
Utilisation
… et permet
ensuite d’analyser
rapidement “Que se
passerait-il si… ”
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
-200
12
de Carbone
Émission
(kg) (kg)
Carbon
10
8
6
4
2
Fin de
End
of vie
life
0
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
Transport Utilisation
Use
-2
-4
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
PET
Verre ?
-6
M. F. Ashby, 2012
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Changement de matériaux
 Bouteille de 1 litre en verre
 Bouchon en aluminium
 Verre moulé
 Remplie en France, transporté par camion 550 km
 Réfrigérée 2 jours avant d’être bu
Nbr NomName
Number
Matériau
Material
100
Bouteille
Verre
100
Capsule
Aluminium
100
Eau
Procédé
Process
Verre moulé
Laminage
Masse
(kg) Fin
Mass (kg)
EnddeofVie
life
0.45
Recyclé
0.001
Recyclé
1.0
Transport
France -> UK
14 tonne truck
550 km
Use - refrigeration
Fossile -> Elec.
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0.12 kW
2 jours
24 h/jour
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Remplacement du PET par du verre
Changement
d’échelle
600
200
400
100
Fin de
End
of vie
life
0
200
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
TransportUtilisation
Use
-200
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
12
8
6
4
2
Fin de
End
ofvie
life
-2
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
-6
M. F. Ashby, 2012
50
de Carbone
EmissionCarbon
(kg)(kg)
10
-4
60
Changement
d’échelle
Matériaux Manufacture
Fabrication Transport
Material
Transport Utilisation
Use
Verre 100% brut
avec recyclage en fin de vie
-400
-200
0
Fin de
End
of vie
life
0
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
Transport Utilisation
Use
-100
(kg)(kg)
de Carbone
EmissionCarbon
800
300
Energy
(MJ)
Énergie (MJ)
Energy
(MJ)
Énergie (MJ)
400
40
30
20
10
Fin de
End
ofvie
life
0
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
TransportUtilisation
Use
-10
-20
-30
Verre 100% brut
avec recyclage en fin de vie
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400
300
300
200
100
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
TransportUtilisation
Use
-100
Carbone (kg)
Fin de
End
of vie
life
0
Énergie (MJ)
400
200
100
0
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
TransportUtilisation
Use
-100
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
-200
-200
12
12
10
10
8
8
6
4
2
Fin de
End
ofvie
life
0
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
TransportUtilisation
Use
-2
-4
-6
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
M. F. Ashby, 2012
Carbone (kg)
Énergie (MJ)
Utilisation de PET recyclé au lieu du brut?
Fin de
End
of vie
life
PET 100% recyclé
avec recyclage en fin de vie
6
4
2
0
Matériaux Manufacture
Fabrication Transport
Finof
delife
vie
End
Material
Transport Utilisation
Use
-2
-4
-6
PET 100% recyclé
avec recyclage en fin de vie
www.grantadesign.com/education/resources
Est-il pertinent d’utiliser du PET recyclé?
M. F. Ashby, 2012
www.grantadesign.com/education/resources
400
300
300
200
200
100
100
Material Manufacture
TransportUtilisation
Use
Matériaux
Fabrication Transport
-100
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
-200
-200
12
12
10
10
8
8
6
4
2
Fin de
End
ofvie
life
0
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
TransportUtilisation
Use
-2
-4
-6
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
M. F. Ashby, 2012
Fin de
End
of vie
life
0
Matériaux Manufacture
Fabrication Transport
Material
Transport Utilisation
Use
-100
(kg)(kg)
de Carbone
ÉmissionCarbon
Fin of
de life
vie
End
0
Energy
(MJ)
Énergie (MJ)
400
de Carbone
ÉmissionCarbon
(kg)(kg)
Energy
(MJ)
Énergie (MJ)
Incinérer au lieu de recycler
PET 100% brut
avec incinération en fin de vie
6
4
2
0
Matériaux
Transport
Utilisation
Material Fabrication
Manufacture
Transport
Use
Fin
Enddeofvie
life
-2
-4
-6
PET 100% brut
avec incinération en fin de vie
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Transport par fret aérien, réfrigérer 10 jours
Changement
d’échelle
400
1000
800
300
Énergie
(MJ)
Energie (MJ)
Energy
(MJ)
Énergie (MJ)
600
200
100
Fin de vie
Disposal
0
-100
0
PET 100% brut
avec transport par poids lourd
-200
Fin
Findedevie
vie
Disposal
Matériaux Fabrication Transport
Utilisation
PET 100% brut
avec transport par fret aérien
-400
60
Changement
d’échelle
10
8
6
4
2
Fin
de vie
Disposal
0
Matériaux
Material Fabrication
ManufactureTransport
TransportUtilisation
Use
-2
PET 100% brut
avec transport par poids lourd
-6
M. F. Ashby, 2012
50
(kg)(kg)
de Carbone
ÉmissionCarbon
12
(kg)(kg)
de Carbone
ÉmissionCarbon
200
Matériaux Manufacture
Fabrication Transport
Material
Transport Utilisation
Use
-200
-4
400
40
30
20
10
Fin de vie
0
Matériaux Fabrication Transport
Utilisation
-10
-20
PET 100% brut
avec transport par fret aérien
-30
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Enseigner avec l’outil CES Eco-audit
Niveau d’enseignement préliminaire
Pré-sauvegardés dans CES EduPack
• Vue d’ensemble du cycle de vie
 Bouteille d’eau minérale.prd
• Présenté le fonctionnement de l’Eco Audit
 Sèche cheuveux.prd
• Projets pré-sauvegardés
 Bouilloire électrique.prd
Quel phase de vie domine ?
 Chauffage portatif.prd
Que faire pour l’améliorer?
 Voiture familiale.prd
 Eolienne.prd
• Vos propres projets
Les étudiants peuvent explorer les
changements sur:
 Les Matériaux
 Le contenu recyclé
 Le mode de transport
 La distance de transport
 Les comportement d’utilisation
 Les différents types d’énergies
 La fin de vie du produit
M. F. Ashby, 2012
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Bouilloire
Matériaux et procédés utilisés
Bouilloire 2 kW
 Fabriquée en Asie
Transport
Utilisation
 Transportée en avion en
 12,000 km, transport en avion
 6 minutes par jours
Angleterre
 Durée de vie: 3 ans
 250 km en camion 14 tonnes
 300 days par an
M. F. Ashby, 2012
 3 ans
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Éco-audit : La bouilloire
Énergie (MJ)
Énergie, Equivalent pétrole
MJ/unité
Matériaux
Fabrication
Transport
Utilisation
Élimination
Fin de vie
Qu’apprenons nous?
 Gain minime pour un changement de matériaux
 Gain important pour une bonne isolation
Exemple : parois doubles avec mousse isolante ou mise sous vide
 Ou, chauffer l’eau sur le moment et juste la quantité nécessaire
M. F. Ashby, 2012
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L’éco-audit avancé dans l’édition Eco Design
Add record
Eco Audit
Identique au
modèle standard
Synthesizer
Options….
^ 1. Material, manufacture and end of life
1
Composant 1
?
Fonte
30%
2.4
Moulage
Usinage
10%
Recyclé
95%
Joining and finishing
Composant 1
Peinture
0.55
m2
Composant 2
Soudage
0.7
m
v 2. Transport
?
Sélectionnez des
procédés d’assemblage
v 3. Use
?
(adhésifs, fixations, soudages)
v 4. Report
?
et de finitions
(peinture, enductions de surface,
traitements thermiques et de
surfaces)
M. F. Ashby, 2012
Usinage,
polissage,
% enlevé
% récupéré
en fin de vie
Paramètres
définis
Pour les enseignements plus poussés
l’Outil Eco Audit Avancé est
disponible dans les
Editions Eco Design et Post-Bac EDD
(pour les Lycées) du CES EduPack.
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En résumé …
CES EduPack possède deux ensembles d’outils aidant à explorer
l’éco-conception avec une approche matériaux.
Outil 1. L’Eco-audits permet aux étudiants d’obtenir rapidement une
estimation de la consommation Énergie / CO2 des produits.
Outil 2. Les stratégies de sélections permettent de choisir de nouveaux
matériaux et de modifier la conception des produits pour qu’ils répondent aux
critères environnementaux, en utilisant la méthode de sélection rationnelle des
matériaux.
Ces outils permettent d’obtenir des audits rapides et de sélectionner des
matériaux de manière rationnelle pour modifier la conception des produits.
M. F. Ashby, 2012
www.grantadesign.com/education/resources
Sommaire des leçons disponibles
Le diaporama de cette leçon est disponible
sur le site web des Ressources d’enseignement
Chaque diapo d’une leçon comporte des notes explicatives. Vous pouvez les
consulter en ouvrant le diaporama en mode [“Normal”], ou en cliquant sur l’icône
correspondante dans la barre d’outils inférieure.
M. F. Ashby, 2012
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Aussi disponible pour le Développement Durable
Sur les sujets de:
Eco Design & Eco Audits
Low Carbon Power Systems
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Exercices avec solutions détaillées
D’autres unités de cours
Livres Blancs
Cas d’études interactifs
Vidéos de nos séminaires en ligne
Posters
Exemples de projets Eco-Audits
pré-sauvegardés
Liens vers d’autres ressources
Base de données Eco Indicator
http://teaching.grantadesign.com/open/eco.htm
M. F. Ashby, 2012
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Auteur
Mike Ashby
University of Cambridge, Granta Design Ltd.
www.grantadesign.com
www.eng.cam.ac.uk
Reproduction
Ces ressources sont soumises aux droits d'auteur de
Mike Ashby. Vous pouvez reproduire ces ressources
pour les utiliser avec des étudiants, pourvu que vous
ayez acheté les droits d'accès aux ressources
d'Enseignement de Granta Design. Assurez-vous, s'il
vous plaît, que Mike Ashby et Granta Design sont cités
sur toutes vos reproductions.
Vous ne pouvez utiliser ces ressources pour des buts
commerciaux.
Il y a plus de 200 ressources disponibles
Incluant :

77 diaporamas

des Exercices avec leur solution

des séquences enregistrées sur le web.

des Posters

des Rapports d’analyse

des Manuels de Solutions

des études de cas interactifs
Précision / Pertinence
Nous faisons tout pour que ces ressources soient d'une
grande qualité. Si vous avez des suggestions pour des
améliorations, contactez-nous s'il vous plaît par courrier
électronique à :
[email protected]
© M. F. Ashby, 2011
Le site Web "Ressources d'Enseignement" vise à aider l'enseignement des matériaux, et les cours correspondants en Conception, Ingénierie et Science.
Les ressources sont fournies dans des formats divers et sont destinées principalement à la formation des étudiants.
Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle.
Le site Web contient aussi d'autres ressources apportées par plus de 800 universités et lycées du monde entier, employant CES EduPack de Granta Design.
Ce site Web contient deux catégories de ressources, qui, soit exigent l'emploi de CES EduPack, soit ne l'exigent pas.
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