AU COURS de l’histoire, les ingénieurs ont eu un impact profond sur la société et le monde. Depuis les anciens Grecs et Romains, les prouesses de l’ingénierie ont permis et entraîné les économies qui soutenaient les empires. Les première et deuxième révolutions industrielles ont entraîné la formalisation du métier d’ingénieur. Ce que signifie être ingénieur est devenu étroitement lié à l’impact des grands défis qui étaient abordés à l’époque.
Ces » Grands défis » ont caractérisé, consciemment ou non, ce que signifie être ingénieur. Le génie civil est né de l’aspiration à appliquer les technologies développées à des fins militaires au bénéfice de la société civile au sens large. L’industrialisation a conduit à de nouvelles spécialisations en mécanique, puis en électrotechnique. Plus récemment, l’émergence d’industries énergivores a nécessité une nouvelle génération de disciplines, y compris notre propre ingénierie chimique et des procédés. Alors que nous traversons une quatrième révolution basée sur les données et les communications, il ne fait aucun doute qu’un autre ensemble de disciplines émergera.
En tant que profession, nous devrions être très fiers de ce que nous avons accompli: des milliards ont été sortis de la pauvreté; l’éducation et la bonne santé sont devenues la norme attendue dans la plupart des pays; les économies sont dynamiques avec l’innovation et la créativité. Mais nous devons également assumer la responsabilité de l’impact que le progrès a eu: la pollution met en péril les écosystèmes de la planète; il y a un épuisement sans précédent des ressources non renouvelables; et, plus important encore, les changements climatiques et le réchauffement climatique menacent l’existence même de la société. Peut-être que pour la première fois dans l’histoire, nous faisons face à un grand défi de notre propre création!
Lutter contre le changement climatique
La communauté mondiale ne manque d’ambition ni d’urgence en matière de changement climatique. Depuis plus de trente ans, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) expose les arguments scientifiques en faveur du changement climatique, de la limitation de la hausse de la température mondiale et de la réduction des émissions de gaz à effet de serre. L’Accord de Paris de 2015 a été adopté par presque tous les pays, s’engageant à limiter l’augmentation de la température mondiale à moins de 2 ° C, tout en poursuivant des moyens de la limiter à 1,5 ° C. Pourtant, sur presque tous les efforts – intensification des énergies renouvelables, réénergie nucléaire ou déploiement du captage, de l’utilisation et du stockage du carbone (CCU) – nous sommes actuellement à la traîne des trajectoires requises, tandis que les émissions mondiales absolues continuent d’augmenter. L’ambition et l’urgence ne suffisent pas; nous avons également besoin de solutions pragmatiques.
En 2009, une équipe de l’Université de Cambridge, préoccupée par l’absence de progrès réels, a posé la question simple : qu’est-ce qui ferait une grande différence ? Ils ont constaté que les émissions mondiales de carbone étaient entraînées par trois activités presque égales: consommation d’énergie dans les bâtiments, les véhicules et l’industrie. Pour les bâtiments et les véhicules, l’amélioration de l’efficacité et le changement de technologie étaient des voies techniques claires pour réduire les émissions, mais l’industrie était déjà relativement efficace, disposait de peu d’alternatives de production viables et faisait face à une croissance importante de la demande future de matériaux. En tant que telle, l’industrie a été qualifiée de « difficile à décarboner ».
Le livre acclamé de l’équipe de Cambridge, Sustainable Materials: Les Deux Yeux ouverts (Allwood et al. 2012), décrit les défis de décarbonisation auxquels l’industrie est confrontée et passe en revue toutes les options disponibles. Le livre présente deux approches. « Avec un œil ouvert » décrit une gamme d’options techniques recherchées: efficacité énergétique, captage de la chaleur, nouvelles voies de processus, CCU et électricité décarbonée. L’équipe a modélisé les trajectoires de ces technologies jusqu’en 2050, pour cinq matériaux. Si chaque technologie était déployée, à sa limite technique, dans chaque industrie, les émissions par tonne de matériau pourraient être réduites de moitié. Cependant, la demande pour ces matériaux devrait doubler d’ici 2050, ce qui se traduira par des économies d’émissions nulles en termes absolus. C’est clairement un problème!
« Les deux yeux ouverts » décrit une gamme alternative d’options d’atténuation, regroupées sous la bannière de « l’efficacité matérielle »: utiliser moins de matériaux par conception, réduire les pertes de rendement, détourner les déchets de fabrication, réutiliser des composants métalliques, prolonger la durée de vie des produits et réduire la demande finale. Ces six options étaient traditionnellement négligées par l’industrie, mais avec de nouvelles approches et de nouveaux modèles commerciaux, elles pourraient devenir rentables et atténuer les émissions. La modélisation de ces options a été difficile, mais les résultats ont montré que la recherche de l’efficacité des matériaux pour les cinq matériaux pourrait réduire de moitié les émissions par tonne de matériau d’ici 2050. La combinaison des deux options (un œil et les deux yeux ouverts) pourrait conduire à une réduction de 75% des émissions par tonne, soit une réduction de moitié des émissions absolues — un réel progrès!
Les deux approches font face à des défis importants et beaucoup d’efforts sont encore nécessaires pour déployer avec succès toute option à grande échelle.
Une question clé qui ressort de cette analyse est la suivante : que devrait faire l’industrie? La réduction des pertes de rendement dans les industries métallurgiques est un bon début: actuellement, 25% de tout l’acier et 50% de tout l’aluminium ne sont jamais transformés en produit, mais sont refondus à l’intérieur de l’usine, gaspillant de l’énergie et produisant des émissions indésirables. Une autre consiste à combler l’écart entre les usines les plus performantes et les moins performantes, qui peut atteindre 30% pour certaines industries. Pour ce faire, il faut une nouvelle approche méthodologique qui prend en compte les interactions entre l’énergie et les matériaux dans les usines de transformation et fournit une mesure comparable de l’efficacité avec laquelle les usines transforment les ressources (énergie et matériaux) en produits. L’efficacité des ressources fournit une telle approche.
Efficacité des ressources
L’amélioration de l’efficacité des ressources industrielles est l’une des options les plus rentables pour éviter simultanément le gaspillage de ressources rares et toxiques, réduire les coûts d’exploitation et les émissions de CO2 et améliorer la réactivité aux futures réglementations climatiques. En fait, la compréhension de l’état actuel de l’utilisation des ressources d’une installation, des facteurs qui la motivent et des opportunités disponibles pour la minimiser, est une condition préalable pour que les entreprises restent compétitives.
La bonne nouvelle est qu’il existe des preuves accablantes que le potentiel d’amélioration des mesures circulaires et d’efficacité des ressources dans les industries de transformation est vaste. La série actuelle de mesures, cependant, est inefficace: elles sont critiquées pour ne pas quantifier correctement les impacts énergétiques et environnementaux des interventions d’amélioration. En outre, ces mesures fournissent généralement des informations au niveau national ou mondial, mais sont difficiles à appliquer à la production de matériaux à forte intensité de ressources. Pour ces industries, appliquer des stratégies de circularité pour réduire les émissions dans la pratique signifie réduire les intrants globaux de ressources et le gaspillage (énergie et matériaux) par tonne de produit.
Nous savons que la mesure est le dogme de la production industrielle. Comprendre la fiabilité, la sécurité ou la qualité de la production d’une entreprise nécessite de suivre ses indicateurs de performance pertinents. L’efficacité des ressources n’est pas différente. La première étape pour devenir plus efficace dans l’utilisation des ressources consiste à y mettre un numéro. Les PDG des secteurs à forte intensité de ressources subissent une pression accrue de la part des actionnaires pour qu’ils divulguent comment ils se préparent à une économie à faibles émissions de carbone et démontrent leurs stratégies commerciales durables. Cette pression se traduit alors par des demandes pour les gestionnaires de site de quantifier leur efficacité opérationnelle en matière de ressources. Cependant, les gestionnaires ont du mal à trouver une mesure significative.
Alors, comment une entreprise peut-elle mesurer adéquatement son efficacité intégrée des ressources? En collaboration avec l’Université de Cambridge, Emerson a développé une solution d’ingénierie basée sur une thermodynamique bien établie. Bien que conçue dans les années 1900, cette méthode (communément appelée exergie ou disponibilité) a connu une renaissance au cours des deux dernières décennies.
L’approche trace l’utilisation des ressources dans l’ensemble des systèmes de production et caractérise les ressources comme une combinaison de deux composantes: une partie chimique, basée sur la composition et la concentration de la ressource; et une partie physique, qui tient compte de la température et de la pression de la ressource. L’utilisation de la thermodynamique pour désagréger les composants des ressources chimiques et physiques nous permet également de mesurer la qualité ainsi que la quantité de ces ressources. Ceci est essentiel car toutes les ressources ne sont pas également précieuses. Nous voulons nous assurer que les mesures d’amélioration de l’efficacité que nous identifions se concentrent sur les ressources qui font la plus grande différence pour les émissions de CO2.
Contrairement aux mesures conventionnelles d’intensité énergétique ou d’efficacité des matériaux, ce nouvel indicateur intègre les flux d’énergie et de matériaux en un seul nombre sans dimension. Ce faisant, il consolide plusieurs indicateurs de performance clés qui mesurent actuellement l’utilisation des ressources sous différents angles. En conséquence, les producteurs sont habilités à faire les bons choix au bon moment, tout en élargissant l’éventail des options d’efficacité disponibles et en capturant les compromis inévitables.
Sur cette base, nous pouvons maintenant mesurer l’efficacité des ressources en tant que rapport entre les extrants de ressources utiles et les intrants de ressources. Les résultats de ces méthodes sont fondés sur des données précises de capteurs d’énergie et de flux de matière et sont étayés par des processus rigoureux de collecte, de nettoyage et d’analyse de données.
Dotées d’une mesure significative de l’efficacité des ressources, les entreprises peuvent désormais gérer et suivre leur efficacité des ressources de bas en haut, que ce soit par le biais de systèmes de gestion en temps réel, d’examens de la performance opérationnelle ou de l’élaboration de benchmarks sectoriels. L’intégration des trois activités le long de l’échelle de gestion et tout au long de la chaîne de valeur serait l’idéal.
Redéfinition de l’ingénierie
Nous avons fait d’énormes progrès pour sécuriser les industries de transformation dans lesquelles nous travaillons. Nous devons maintenant aborder la question du changement climatique et de la neutralité carbone avec la même détermination. Dans la mémoire de carrière de beaucoup d’entre nous, des blessures graves et des décès ont caractérisé le fonctionnement des industries de transformation. Des efforts extraordinaires ont été et continuent d’être déployés pour remédier à cette situation. L’idée de zéro blessure est passée d’une aspiration sauvage à la norme attendue avec la sécurité au centre des préoccupations de chaque ingénieur chimiste. Nous nous sommes entourés de pratiques, de procédures et de réglementations qui institutionnalisent cette réflexion et assurent une amélioration continue, mais à quel prix pour notre profession?
Au cours des 30 à 40 dernières années, les caractéristiques déterminantes des ingénieurs ont changé. Au fur et à mesure que les procédures sont automatisées et institutionnalisées, et que les pratiques de sécurité sont normalisées et formulées, certains soutiennent que les ingénieurs sont passés du spectre des briseurs de règles et des fabricants de règles à celui des adeptes des règles. L’efficacité et la conformité ont dépassé l’innovation et la créativité comme caractéristiques les plus prisées.
Ironiquement, alors que notre volonté et notre capacité à innover en tant que profession sont diminuées, nous nous trouvons face peut–être au plus grand défi de tous – comment protéger notre planète des impacts du changement climatique sans endommager les systèmes économiques qui ont tant fait pour sortir les gens de la pauvreté. Il n’y a jamais eu un besoin plus urgent des qualités et des capacités qui définissent l’ingénierie et les ingénieurs depuis des siècles. Nous devons redécouvrir notre héritage et apprendre à récompenser la prise de risque et la pensée alternative – sans compromettre la sécurité. Nous devons encourager un sens renouvelé de l’élaboration des règles et apprendre à tolérer et à gérer une quantité appropriée de violations des règles – parce que si nous ne le faisons pas, et que nous ne sommes pas à la hauteur de nos responsabilités et de notre capacité à influer sur le changement climatique, il n’y a pas d’autres groupes possédant les connaissances et l’expertise nécessaires pour prendre notre place.
La nécessité constante d’attirer les bons talents, de les développer et de les retenir au sein de la profession est au cœur de cette démarche.
Nous devons particulièrement nourrir et soutenir ceux qui ont l’état d’esprit de contester les comportements et de rendre les nouvelles règles essentielles pour surmonter ce dernier grand défi.
La perception du public de notre industrie est fausse et erronée, et nous devons nous assurer de ne pas perpétuer le mythe. Il y a une vague d’activité des ingénieurs et de l’industrie pour relever ce plus grand des défis – en travaillant ensemble à travers des organisations et des alliances telles que l’Initiative pour le climat du gaz pétrolier (OGCI) et le Groupe de travail sur les divulgations liées au climat (TFCD) pour s’assurer que les progrès sont aussi rapides et percutants que possible. L’IChemE a révisé sa propre stratégie pour s’adapter aux Objectifs de développement durable des Nations Unies et aux Grands Défis de l’ingénierie (allez les voir si vous ne savez pas ce qu’ils sont).
Nous poursuivrons ces thèmes et commencerons à changer la conversation à l’APAC 2019, où des personnalités du domaine de l’automatisation et du contrôle des processus se réuniront pour examiner des thèmes aussi divers que la durabilité, les technologies émergentes et la cybersécurité. Pour plus d’informations, visitez : https://www.icheme.org/career/events/advances-in-process-automation-and-control/