Transcript Voir le diaporama - Bienvenue sur le site STI2D ITEC de Lorgues

Unité 12.
L’Eco-sélection:
l’outil Eco-audit
Introduire aux étudiants une réflexion sur le cycle de
fin de vie des produits
Mike Ashby
Department of Engineering
University of Cambridge
© M. F. Ashby, 2011
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.
www.grantadesign.com/education/resources
Sommaire

Consommation de matériaux et cycle de vie

ACV – problèmes et solutions

Eco-audits et l’outil d’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
Production annuelle de matériaux
Production mondiale annuelle (tonnes/an)
Préoccupation 1: Consommation des ressources, dépendance
Production par an
96% de
l’utilisation
de matériaux
=
20% de
l’énergie
globale
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
Le Cycle de Vie du produit
Ressources
Analyse du Cycle
de Vie (ACV)
Energie
Matière
premières
Fabrication
Production
Transport
Ressources
naturelle
Emissions et déchets
•CO2 , NOx , SOx
•Déchets liquides
•Déchets solides
Production
de matière
Incinération
Rénovation
Amélioration
Elimination
du produit
Utilisation du
produit
Enfouissement
des déchets
Analyse du Cycle de Vie (ACV)
Séries ISO 14040
PAS 2050
Consommation
de ressources
Inventaires 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 détail et de
compétences – même avec tout cela reste, elle reste sujette à l’incertitude.

Comment un designer peut-il utiliser ces données ?
Orientation de Conception & 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
Compétence
Eco – audit
Particularités
Spécification du produit
Production
Analyse du Cycle
de Vie (ACV)
Eco-audit pour la conception
Besoin: Un Eco-audit rapide et suffisamment précis pour aider à la
prise de décision.
 Emission – L’équivalent CO2
 Ressource – énergie
 Distinguer les phases de vie du produit
16
600
14
Equivalent C02 (kg)
Energie (MJ)
400
300
200
100
12
10
8
6
4
2
0
0
-2
-100
Ces graphiques présentent l’énergie et le
CO2 consommé 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)
L’Eco-conscience pour la conception:
La stratégie (1)
Les étapes
Eco-audit
rapide
Analyse des
résultats,
Identification
des priorité
Exploration
des nouvelles
options
Et si ...
Différent matériaux?
600
600
400
400
300
200
100
Energie (MJ)
Energie (MJ)
Conception initiale
300
200
100
0
0
-100
-100
Eco-aware design: the strategy (2)
Les étapes
Eco-audit
rapide
Analyse des
résultats,
Identification
des priorité
Exploration
des nouvelles
options
Sélection de
nouveaux matériaux
et/ou de nouveaux
procédés avec CES
Recommender de
nouvelles actionet
évaluer les gains
potentiels
600
400
Energie (MJ)
Utiliser l’éco-audit
pour identifier les
objectifs de conception
300
200
100
0
-100
Matériaux
Fabrication
Transport
Minimiser:
Minimiser:
Minimiser:
• les matériaux
• l’énergie grise
• CO2 / kg
• l’énergie de
• poid
• distance
• modes de
fabrication
• CO2/kg
transport
Utilisation
Minimiser:
• poid
• pertes
thermiques et
électriaques
Fin de vie
Selectionner:
• matériaux nontoxic
• matériaux
recyclables
L’outil Eco-audit du CES EduPack
Données Utilisateur
Données du CES
Base de donnée Eco
Interface Utilisateur










Coût des matériaux
Procédés de fabrication
Transport
Utilisation
Choix de fin de vie
Energie (MJ)
Résultats
(Incluant les
données
tabulaires)
Emission de Carbone (kg)
Modèle
Eco audit
Energie Grise
Energie de Fabrication
Empreintes CO2
Energie de Transport
Recyclage / combustion
Fiche montrant des éco-propriétés
L’outil éco-audit: Niveaux 1, 2 et 3
Add record
Eco Audit
Synthesizer
Options….
^ 1. Material, manufacture and end of life ?
1
Component 1
1
Component 2
Quantité?
Nom
v 2. Transport ?
v 3. Use
?
v 4. Report
?
Cast iron
Polypropylene
Choix de
matériaux dans la
base de données
du CES
AIDE pour
chacune des
étapes
30%
2.4
Casting
Recycle
0%
0.35
Molding
Landfill
Fixer le
contenu
recyclé
0 – 100%
Entrer la
masse
Choix du mode
de fin de vie
Sélectionner le
procédé
Transport
Phase de
transport
Transport
type
Phase 1
32 tonne truck
Phase 2
Sea freight
Distance (km)
350
12000
Transport énergie
Transport CO2
Energie (MJ)
Table des types de
transports: MJ / tonne.km
CO2 / tonne.km
Matériaux et Energies de fabrication / CO2
Nom du
Composant
Matériaux
Composant 1
Alliages d’Aluminium
Procédé
Composant 2
Polypropylène
Composant 3
Verre
2.3
Recycle
Moulage de polymère
1.85
Landfill
Moulage de verre
3.7
Reuse
Moulage
Energie totale de
Fabrication
Masse totale
Energie (MJ)
Energie Grise totale
Masse (kg) Fin de Vie
Energie totale de
fin de vie
Utilisation du mode statique (static mode)
Energie en entré et
en sortie
Energie fossile fuel -> Elec.
Evaluation de la
puissance
1.2
Utilisation
365
Utilisation
0.5
Energie et
kW
Energy conversion path
W
Fossil fuel to heat, enclosed system
days per year
kW
Fossil fuel to heat, vented system
MW
Fossil fuel to electric
hourshp
per day
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)
Energie (MJ)
Energie
Electric to light (incandescent lamp
Electric to light (LED)
Bouteille d’eau (100 unités)
 Bouteille de 1 litre en PET
 Bouchon en PP
 Moulage par soufflage
 Remplie en France, transporté par camion 550 km
 Refrigéré 2 jours avant d’être bu
Number
Name
100
Bouteille
100
Capsule
100
Eau
Material
PET
Polyprop
Process
Mass (kg)
Moulage
0.04
Recycle
Moulage
0.001
Recycle
1.0
Transport
France -> UK
14 tonne truck
550 km
Use - refrigeration
Fossile -> Elec.
0.12 kW
End of life
2 jours
24 h/jour
Le résultat: Récipient pour boisson
400
L’audit révèle les
étapes consommant le
plus d’énergie et de
carbone…
(MJ)
Energie(MJ)
Energy
300
200
100
Fin de vie
0
Matériaux Fabrication Transport
-100
Utilisation
… et permet ensuite
de voir rapidement
“Que se passerait il
si… ?”
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
-200
12
de Carbone
Emission
(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
-6
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
PET
Verre ?
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
Number
Name
100
Bottles
100
Caps
100
Water
Material
PET
Verre
Aluminium
Polyprop
Process
Verre
moulé
Molding
Laminage
Molding
Mass (kg)
0.45
0.04
Recycle
0.002
0.0001
Recycle
1.0
Transport
France -> UK
14 tonne truck
550 km
Use - refrigeration
Fossile -> Elec.
0.12 kW
2 jours
End of life
24 h/jour
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
-6
PET 100% brut
avec recyclage en fin de vie
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)
Energie (MJ)
Energy
(MJ)
Energie (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
400
300
300
200
200
100
100
0
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
TransportUtilisation
Use
Matériaux
Fabrication Transport
Material Manufacture
TransportUtilisation
Use
-100
Carbon (kg)
Fin de
End
of vie
life
0
Energy (MJ)
400
-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
Carbon (kg)
Energy (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
Est-il pragmatique d’utiliser du PET recyclé?
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
Fin de
End
of vie
life
0
Matériaux Manufacture
Fabrication Transport
Material
Transport Utilisation
Use
-100
(kg)(kg)
de Carbone
EmissionCarbon
Fin of
de life
vie
End
0
Energy
(MJ)
Energie (MJ)
400
de Carbone
EmissionCarbon
(kg)(kg)
Energy
(MJ)
Energie (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
Transport par fret aérien, réfrigérer 10 jours
Changement
d’échelle
400
1000
800
300
Energy (MJ)
(MJ)
Energie
Energy
(MJ)
Energie (MJ)
600
200
100
Fin de vie
Disposal
0
-100
0
PET 100% brut
avec transport par poids lourd
-200
Utilisation
PET 100% brut
avec transport par fret aérien
-400
60
Changement
d’échelle
8
6
4
2
Fin
de vie
Disposal
0
Matériaux
Material Fabrication
ManufactureTransport
TransportUtilisation
Use
-2
PET 100% brut
avec transport par poids lourd
50
(kg)(kg)
de Carbone
EmissionCarbon
10
(kg)(kg)
de Carbone
EmissionCarbon
Fin
Findedevie
vie
Disposal
Matériaux Fabrication Transport
12
-6
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
-30
PET 100% brut
avec transport par fret aérien
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
 3 ans
Eco audit: La bouilloire
Energie (MJ)
Energie, Equivalent pétrole
MJ/unité
Matériaux
Fabrication
Transport
Utilisation
Elimination
Fin de vie
Qu’apprenons nous?
 Gain minime pour un changement de matériaux
 Gain important pour une isolation – parois doubles avec
mousse isolante ou mise sous vide
 Ou, chauffer l’eau sur le moment et juste ce qui est nécessaire
L’éco-audit avancé dans l’édition Eco Design
Add record
Eco Audit
Identique au
model standard
Synthesizer
Options….
^ 1. Material, manufacture and end of life
1
Composant 1
?
Fonte
30%
2.4
Coulée
Usinage
10%
Recyclé
95%
Joining and finishing
Composant 1
Painture
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
(painture, enductions de surface,
traitements thermiques et de
surfaces)
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.
Et ensuite ?
CES possède deux ensembles d’outils aidant a explorer l’éco-conception
dans la dimension des matériaux.
Outil 1. L’Eco-audits permet aux étudiants d’approximer et mettre en œuvre
rapidement le “portrait” énergie / CO2 des produits.
Outil 2. Les stratégies de sélections permettent de choisir de nouveaux
matériaux afin de reconcevoir les produits et les faire répondre aux critères
environnementaux, utilisant la méthode de sélection rationnelle des matériaux.
Ils permettent des audits rapides et une sélection rationnel des matériaux
pour reconcevoir les produits.
Différentes présentations
Ces PowerPoint de présentations sont disponibles sur le
site Web des Ressources d’Enseignement
Toutes les images de chacune des unités possèdent des notes explicatives (en
anglais). Vous pouvez les visionner en ouvrant la présentation PowerPoint en vue
Notes (View – Notes pages) ou en cliquant sur l’icône en bas de la barre d’outil de
PowerPoint.
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
Papiers Blancs
Cas d’études interactifs
Enregistrement de Webinar
Posters
Fichier exemples pour les projets
Eco Audit
Liens vers d’autres ressources
Base de données Eco Indicator
http://teaching.grantadesign.com/open/eco.htm
Reproduction
Author
This work is licensed under a Creative Commons
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported
License.
Professor Mike Ashby
University of Cambridge, Granta Design Ltd.
www.grantadesign.com/education
www.eng.cam.ac.uk
Please make sure that Mike Ashby and Granta Design are
credited on any reproductions. You cannot use this resource
for any commercial purpose.
The Granta logo, the Teaching Resources logo and laptop
image and the logo for the University of Cambridge are not
covered by the creative commons license.
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
Accuracy
We try hard to make sure these resources are of a high quality. If you have any suggestions for improvements, please contact us
by email at [email protected]
M. F. Ashby, 2011
Granta’s Teaching Resources Website aims to support teaching of materials-related courses in Engineering, Science and Design.
The resources come in various formats and are primarily aimed at undergraduate students.
This resource is one of 23 lecture units created by Professor Mike Ashby.
The website also contains resources donated by faculty at the 800+ universities and colleges worldwide using
Granta’s CES EduPack.
The teaching resource website contains both resources that require the use of CES EduPack and those that don’t.
Some of the resources, like this one, are open access.
www.grantadesign.com/education/resources