Impact de l'utilisation des ressources minérales et métalliques dans un contexte cycle de vie : une approche fonctionnelle

Les ressources minérales et métalliques sont utilisées par l'Homme depuis que celui-ci peuple la Terre. Tant que celles-ci lui seront utiles, l'Homme continuera de les utiliser pour diverses fonctions. Les ressources minérales et métalliques étant des ressources majoritairement non renouvelables, la question d'un épuisement de celles-ci, privant ainsi l'Homme de remplir les fonctionnalités pour lesquelles il s'en sert, se pose. L'analyse du cycle de vie est une méthode holistique qui permet de prendre en compte une multitude d'impacts sur l'environnement, dont l'impact de la dissipation des ressources minérales et métalliques. Pour ce faire, les méthodes d'évaluation des impacts du cycle de vie (ÉICV) se basent sur des facteurs de caractérisation. Un facteur de caractérisation représente mathématiquement une chaine de cause à effet menant à un impact donné. Il existe deux approches pour le calcul de ces facteurs : une approche dite problèmes ou midpoint, qui caractérise l'impact tôt dans la chaine de cause à effet et présente l'avantage d'être généralement plus robuste, et une approche dite dommages ou endpoint, qui pousse la modélisation jusqu'au bout de la chaine de cause à effet de manière à atteindre une plus grande pertinence environnementale, généralement au cout d'une incertitude accrue. Les facteurs de caractérisation existant pour évaluer l'impact de l'utilisation des ressources minérales et métalliques diffèrent d'une méthode d'évaluation des impacts à l'autre, autant au niveau midpoint qu'au niveau endpoint. Aucun facteurs de caractérisation, aucune chaine de cause à effet, ne font l'unanimité dans la communauté scientifique pour cette catégorie d'impact et plusieurs pistes d'amélioration des facteurs de caractérisation pour l'évaluation des impacts de l'utilisation des ressources minérales et métalliques ont été identifiées au cours des 15 dernières années pour combler les lacunes des méthodes existantes. (i) Il est essentiel de clarifier la nature de l'impact de l'épuisement des ressources. En effet, chacune des méthodes existantes quantifie des éléments de nature totalement différente (exergie, temps avant épuisement, énergie additionnelle ou cout additionnel nécessaire pour aller extraire une ressource rendue plus rare, etc.) dont on peut mettre en doute le fait qu'ils quantifient réellement l'ampleur de l'impact de la dissipation des ressources. Étant donné qu'une ressource n'est utilisée que lorsqu'elle est fonctionnelle pour l'Homme, la classification de l'impact de son épuisement comme étant un impact environnemental est en tant que tel discutable. Il est recommandé de clarifier la nature de l'effet d'un épuisement des ressources minérales et métalliques. (ii) Une ressource n'ayant de valeur que lorsqu'on lui confère une fonction pour laquelle il est utile de l'exploiter, un épuisement de la ressource devrait être traité en se basant sur la valeur fonctionnelle de la ressource pour la société et non sur une valeur intrinsèque physique comme le font les méthodes existantes. Il s'agit donc de traiter l'épuisement des ressources selon une approche dite fonctionnelle. (iii) L'approche fonctionnelle implique de tenir compte du fait qu'une fonction donnée peut être remplie par plusieurs ressources. Ainsi des ressources sont interchangeables pour une même fonction et la substituabilité des ressources devrait être prise en compte dans l'évaluation des impacts de leur dissipation selon une approche fonctionnelle. (iv) Une distinction devrait être faite entre ressource extraite et ressource dissipée pour les utilisateurs. En effet, bien que peu de méthodes présentent des facteurs de caractérisation qui tiennent compte du recyclage et de la réutilisation des ressources, il convient de distinguer entre les stocks extraits et les stocks dissipés. En effet, une ressource extraite, mais qui est utilisée de manière non dissipative, n'est autre chose qu'un stock déplacé. Ainsi, il est recommandé de tenir compte de la réutilisation des ressources et de leur recyclage dans l'évaluation des impacts de l'utilisation des ressources minérales et métalliques. Sur la base de ces critiques qui ont émané de la littérature, l'objectif principal de cette recherche est de développer une méthode d'évaluation des impacts du cycle de vie pour la prise en compte de l'impact de l'épuisement des ressources minérales et métalliques en considérant la fonctionnalité des ressources, en distinguant ressource extraite et ressource dissipée et en considérant l'adaptation des utilisateurs qui sont en compétition pour les fonctionnalités des ressources (grâce à la substituabilité), afin de définir l'effet de l'épuisement des ressources sur les utilisateurs incapables de s'adapter avant l'épuisement. Afin d'y parvenir, trois sous-objectifs ont découlé de cet objectif principal : 1. Mesurer la compétition entre les utilisateurs d'une même ressource minérale ou métallique en tenant compte de ses fonctionnalités, de sa dissipation (et non de son extraction) et de sa substituabilité par d'autres ressources fonctionnellement équivalentes. 2. Définir l'effet de l'épuisement des ressources minérales et métalliques sur les utilisateurs en compétition afin d'établir un facteur de caractérisation de l'impact pour ces ressources au niveau dommage en tenant compte de la compétition et des conséquences de celle-ci sur les utilisateurs incapables de s'adapter avant la dissipation des stocks facilement accessibles. 3. Tester l'opérationnalisation du modèle de compétition développé à l'aide d'une étude de cas et vérifier la robustesse des facteurs de compétition lors d'une transition technologique aussi majeure que l'électrification des transports à l'échelle mondiale. Afin de remplir ces objectifs, il a été nécessaire de créer un cadre méthodologique identifiant l'intégralité de la chaine de cause à effet menant de l'utilisation d'une ressource à l'effet sur les utilisateurs futurs et d'y identifier des indicateurs pertinents au niveau problème et dommage. La chaine de cause à effet a tout d'abord été modélisée jusqu'à un indicateur midpoint qui quantifie la compétition qui existe entre les utilisateurs. Le modèle d'évaluation de la compétition se base sur deux facteurs : d'une part, le nombre d'années de disponibilité de la ressource et, d'autre part, l'adaptation potentielle des utilisateurs face à une diminution de la ressource. Le nombre d'années de disponibilité est défini comme le ratio entre les réserves accessibles et le taux de dissipation annuel des ressources. Ainsi l'utilisation du taux de dissipation permet de discriminer entre la ressource extraite et la ressource qui est réellement perdue pour les utilisateurs futurs. Quant à l'adaptation des utilisateurs, elle traduit la capacité qu'ont ceux-ci à substituer leur ressource par une ressource fonctionnellement équivalente pour une fonctionnalité donnée. Ainsi, au fur et à mesure que les ressources sont dissipées, les utilisateurs qui se les partagent sont de moins en moins nombreux. Cette diminution du nombre total d'utilisateurs, et du taux de dissipation a fortiori, permet alors d'ajuster le nombre d'années de disponibilité de la ressource et un indicateur dynamique de longévité des réserves, le dDI (dynamic depletion index), a été créé. Le facteur de compétition, le MACSI (MAterial Competition Scarcity Index), qui est l'indicateur midpoint, exprime la fraction des utilisateurs initiaux qui n'auront potentiellement pas été capables de s'adapter le jour où les réserves facilement accessibles seront épuisées en tenant compte de cet indicateur de longévité dynamique. Une fois l'indicateur midpoint obtenu, la chaine de cause à effet a été modélisée jusqu'à l'obtention de l'effet de l'utilisation des ressources sur leurs utilisateurs. Cet effet permet de dériver le facteur de caractérisation endpoint. Au fur et à mesure que la ressource diminue, les utilisateurs cherchent à s'adapter face à la compétition pour les ressources. Trois types d'utilisateurs ont été identifiés : (i) les utilisateurs n'ayant pas de ressources alternatives pouvant remplacer la ressource initiale dans sa fonctionnalité et qui nécessiteront toujours la ressource initiale et devront se la fournir en utilisant une technologie ultime (back-up technology) permettant d'extraire la ressource de gisements plus difficilement accessible à un prix plus élevé, (ii) les utilisateurs n'ayant pas actuellement accès à une ressource alternative pouvant remplacer la ressource initiale dans sa fonctionnalité pour le moment, mais ayant un potentiel d'adaptation et (iii) les utilisateurs ayant accès à une ressource alternative déjà connue pour la fonctionnalité considérée. Le prix d'adaptation pour les utilisateurs de type (ii) et (iii) a été supposé nul dans le modèle proposé, en utilisant l'hypothèse que les utilisateurs ne s'adapteront en moyenne qu'une fois que l'alternative coutera un prix équivalent à la ressource initialement utilisée, en conformité avec la loi de l'offre et de la demande. Pour les utilisateurs de type (i), le prix de la ressource obtenue avec la technologie ultime a été évalué. L'hypothèse sous-jacente du modèle est que chaque kilogramme de ressource additionnel utilisé aujourd'hui oblige la fraction non adaptée des utilisateurs futurs (MACSI) à utiliser la technologie ultime pour extraire une fraction de ce kilogramme dont ils ont besoin. Ainsi le facteur d'effet pour la ressource s'exprime comme la différence de prix d'acquisition pour ces utilisateurs entre aujourd'hui et la date d'épuisement potentiel de la ressource facilement accessible. Par la suite, l'indicateur d'impact endpoint de l'utilisation des ressources minérales et métalliques correspond au MACSI multiplié par cette différence de prix. Cet indicateur peut être interprété comme le prix additionnel potentiel que la société devra payer pour accéder à une ressource rendue moins disponible. La modélisation de l'impact de l'utilisation des ressources minérales et métalliques a permis d'obtenir les facteurs de caractérisation au niveau midpoint pour 65 ressources minérales et métalliques. Au niveau endpoint, les facteurs de caractérisation ont été obtenus pour 7 ressources utilisées dans les batteries de véhicules électriques. Le principal enjeu de la modélisation au niveau endpoint est l'identification des technologies ultimes d'extraction. Les facteurs de caractérisation développés au niveau midpoint sont opérationnels et un classement des ressources selon leur facteur de compétition est obtenu. Il et intégré dans la méthode d'évaluation des impacts du cycle de vie IMPACT World+. Pour finir, l'un des enjeux de la méthode est qu'elle se base sur les profils actuels de consommation des ressources pour prédire leur épuisement dans le futur dans un monde où les technologies évoluent à grande vitesse et où les besoins en ressource sont fluctuants. La robustesse du modèle à une transition technologique majeure a donc été testée. Une perturbation des conditions initiales de modélisation a été introduite afin de vérifier la stabilité des facteurs de caractérisation midpoint obtenus. En effet, les MACSI ont été recalculés en supposant que les objectifs d'électrification des transports envisagés dans différentes régions du monde sont atteints et que la flotte des véhicules requise pour atteindre ces objectifs est implantée de manière durable. Ainsi, une introduction de 3,8 et 15 millions de véhicules électriques est supposée aux horizons temporels respectifs de 2020 et 2030. Une espérance de vie de 10.8 années a été considérée pour un véhicule léger. Les quantités de ressources nécessaires pour maintenir de telles flottes ont été analysées et la faisabilité de telles introductions a été vérifiée. Bien que les valeurs de MACSI — et accessoirement de la durée avant l'épuisement des ressources — changent, ces changements restent relativement faibles et n'auraient pas de conséquences sur la prise de décision, car le classement des ressources reste inchangé. Le MACSI semble donc relativement robuste, bien qu'une mise à jour régulière de cet indicateur soit souhaitable et recommandée pour tenir comte des évolutions technologiques et des nouveaux gisements mis au jour. Un tel projet d'électrification des transports à grande envergure est réalisable, il entraine un déplacement d'impact majeur du changement climatique vers l'épuisement des ressources, mais sans modifier pour autant de manière globale la compétition pour ces dernières. Par contre si l'on envisage une électrification complète de la flotte mondiale, l'enjeu de l'épuisement des ressources devient une problématique majeure avec un potentiel épuisement des gisements facilement accessibles de lithium en 40 ans.