L'exergie : une illusion ou une révolution dans l'évaluation des impacts ? Analyse du potentiel de l'exergie comme indicateur thermodynamique de l'impact de l'utilisation des ressources

CONTEXTE Avec les préoccupations croissantes concernant la préservation des ressources matérielles et énergétiques pour les générations futures et la réduction de leur dissipation à travers la technosphère et l’écosphère, de nombreuses méthodologies et indicateurs ont émergé pour évaluer les impacts liés à l’utilisation des ressources, dont beaucoup sont fondés sur des principes thermodynamiques. Parmi eux, l’exergie — une métrique thermodynamique reliant les ressources énergétiques et non énergétiques au concept de travail — a été proposée comme indicateur unifié, indépendant de facteurs économique et technologique. OBJECTIFS L’objectif principal de ce projet de recherche est d’évaluer la pertinence d’un indicateur basé sur l’exergie pour mesurer l’utilisation des ressources. Ce travail s’inscrit dans une problé-matique plus large : la nécessité de disposer de méthodes d’évaluation d’impact capables de représenter le mieux possible les chaînes de cause à effet liées aux ressources. Plus préci-sément, ce projet de maîtrise vise à analyser la cohérence entre le concept d’exergie et la quantification des impacts de l’utilisation des ressources en Évaluation des Impacts du Cycle de Vie (EICV). En examinant les hypothèses sous-jacentes à l’exergie, il devient possible d’en identifier le potentiel ainsi que les limites. MÉTHODOLOGIE Dans cette étude, une analyse approfondie des méthodes exergétiques disponibles dans la littérature est réalisée, mettant en lumière les hypothèses sous-jacentes au concept d’exergie pour son application en évaluation d’impact. À partir de cette analyse, une chaîne de cause à effet est élaborée, intégrant des flux élémentaires caractérisés par des facteurs exergétiques. Ce chemin d’impact permet d’identifier et de mettre en évidence les incohérences liées à l’utilisation de l’exergie, en s’intéressant aux incohérences dans la définition de l’exergie des matériaux et à l’application du concept de réversibilité thermodynamique —concept décrivant les processus qui peuvent théoriquement être inversés sans effets nets — pour son évaluation notamment à travers une comparaison des effets de la dissipation de l’or et du charbon. Ensuite, le travail théorique nécessaire pour extraire une quantité donnée d’or et de charbon est calculé, puis comparé au travail réel requis dans un contexte marqué par les irréversibilités du monde réel. Permettant d’obtenir des ratios entre le travail réel et le travail théorique seront calculés pour ces deux ressources.

Abstract

CONTEXT With growing concerns about preserving material and energy resources for future generations and reducing their dissipation through the technosphere and ecosphere, numerous method-ologies and indicators have emerged to assess the impacts of resource use, many of which are based on thermodynamic principles. Among them, exergy — a thermodynamic metric link-ing both energetic and non-energetic resources to the concept of work — has been proposed as a unified indicator, independent of economic and technological factors. OBJECTIVES The primary goal of this research project is to assess the relevance of an exergy-based indicator for measuring resource use. This work is part of a broader issue: the need for impact assessment methods that can best represent the cause-and-effect chains related to resources. Specifically, this master’s project aims to analyze the coherence between the exergy concept and the quantification of resource use impacts in life cycle impact assessment (LCIA). By examining the underlying assumptions of exergy, it becomes possible to identify its potential and limitations. METHODOLOGY In this study, a thorough analysis of available exergy-based methods from the literature is conducted, highlighting the underlying assumptions of the exergy concept for its application in impact assessment. From this analysis, a cause-and-effect chain is developed, incorporating elementary flows characterized by exergonic factors. This impact pathway helps identify and highlight inconsistencies in the use of exergy, focusing on inconsistencies in defining material exergy and the application of the thermodynamic reversibility concept — a concept describ-ing processes that can theoretically be reversed without net effects — for its assessment, particularly through a comparison of the dissipation effects of gold and coal. Next, the theoretical work required to extract a given quantity of gold and coal is calculated and compared to the actual work required in a context marked by real-world irreversibilities. Ratios of real work to theoretical work are then calculated for these two resources.