Unifier les visions macro et micro du cycle de vie des matériaux critiques
Une seule plate-forme pour exploiter le meilleur des deux mondes et bénéficier d’une clarté totale du réseau de valeur.
Les matériaux critiques tels que le cuivre, le lithium, le nickel, le cobalt et les éléments de terres rares (ÉTR) sont essentiels pour la transition vers une énergie propre. Des éoliennes aux panneaux solaires, en passant par les véhicules électriques, les technologies d’énergie propre augmentent la demande de grandes quantités de matériaux critiques.
D’après les recherches menées par l’Agence internationale de l’énergie (AIE) :
- Un véhicule électrique nécessite six fois plus de matières minérales qu’un véhicule conventionnel
- Un parc éolien offshore nécessite 13 fois plus de ressources minérales qu’une centrale au gaz
Comment y parviendrons-nous ?
Le tout est plus grand que la somme de ses parties
L’approvisionnement minier prévu n’est pas suffisant pour répondre à la demande, et il existe un risque élevé de perturbation de l’approvisionnement en raison :
- De la disponibilité limitée des matières premières
- De la concentration géographique des sources
- Du manque de substituts abordables
Face à cette rareté, il est impératif que le réseau de valeur des matériaux critiques donne la priorité aux meilleures pratiques circulaires alignées sur les efforts mondiaux en matière de développement durable. La circularité n’est pas seulement une option, mais une nécessité : elle prolonge le cycle de vie des matériaux, transforme les déchets en ressources et minimise la dépendance à l’égard des ressources premières limitées.
Pour relever efficacement les défis, considérer les étapes du cycle de vie des matériaux critiques séparément, sans comprendre comment elles s’articulent en tant que parties interconnectées d’un écosystème plus large, est insuffisant. Une approche holistique et circulaire est donc nécessaire pour évoluer vers une économie générative produisant peu de déchets et à faibles émissions de carbone et faire face à la demande mondiale croissante de matériaux critiques.
Briser le cycle extraire-fabriquer-consommer-jeter
« Un réseau de valeur régénératif contribue à une économie générative. Le recyclage, par exemple, réduit la pression sur l’approvisionnement primaire. Des études suggèrent que d’ici 2040, les quantités recyclées de cuivre, de lithium, de nickel et de cobalt provenant de batteries usagées pourraient réduire de 10 % les besoins en approvisionnement primaire de ces minéraux.
Cependant, les pratiques de recyclage ne sont pas entièrement au point pour de nombreux matériaux, et le recyclage seul n’élimine pas complètement la nécessité d’investir dans de nouveaux approvisionnements. C’est pourquoi nous devons également tenir compte des flux de déchets émergents provenant des technologies d’énergie propre. »
« En tant que catalyseur et facilitateur de l’économie générative, Dassault Systèmes fournit des expériences de jumeaux virtuels qui contribuent à la transition vers la neutralité carbone. Les matériaux critiques sont au cœur des technologies d’énergie propre qui soutiennent cette transition dans les secteurs des infrastructures, de la technologie, de la santé et de la mobilité », explique Mme de T’Serclaes.
« Les jumeaux virtuels, que ce soit pour la conception de produits, la fabrication ou l’entreprise, augmentent la circularité en offrant la transparence et la gestion de données nécessaires à la création d’un écosystème collaboratif où les matériaux critiques peuvent être tracés depuis leur extraction et leur approvisionnement jusqu’à la fin de leur vie », ajoute-t-elle.
Des pratiques durables pour un impact environnemental moindre
- Approvisionnement durable
- Innovation des matériaux
- Éco-conception
- Logistique inverse
- Récupération par désassemblage
Approvisionnement durable
L’approvisionnement durable est le premier pas vers la circularité, et la réduction des émissions durant l’extraction et lors du processus de traitement est une priorité absolue.
Des pratiques durables peuvent être intégrées aux opérations en amont :
- Obtention d’énergies propres
- Déploiement de technologies économes en énergie sur l’ensemble des sites
- Réutilisation des déchets et sous-produits comme matières premières
Un autre aspect essentiel est la gestion de l’environnement, qui surveille les impacts de tous les processus, y compris la consommation d’eau, la qualité de l’air et la gestion des déchets, afin de garantir la conformité aux exigences réglementaires.
Grâce aux solution d’exploitation minière de Dassault Systèmes basées sur la technologie des jumeaux virtuels, les entreprises peuvent repenser leurs modèles et simuler et rationaliser leurs processus et leurs stratégies commerciales — le tout en s’alignant sur les objectifs environnementaux, sociaux et de gouvernance (ESG) fixés et en progressant vers la neutralité carbone. Cette synergie entre les mondes réel et virtuel améliore la compréhension et les résultats, ce qui permet aux exploitations minières de catalyser l’innovation et d’intégrer la durabilité dans leurs opérations pour parvenir à une croissance responsable et durable.
La décarbonation est à la fois une exigence et une responsabilité essentielle pour l’industrie minière. Nous façonnons l’avenir et redéfinissons la valeur de l’industrie grâce à des solutions numériques visant à atténuer les risques, à minimiser l’empreinte et à maximiser l’efficacité.
Tania Killeen
Directrice Mines — Infrastructure,
énergie et matériaux,
Dassault Systèmes
Innovation des matériaux
Avec des matériaux critiques vierges limités, garantir la durabilité tout au long du cycle de vie ne suffira pas à répondre à la demande mondiale croissante. Pour réduire la dépendance à l’égard de ces ressources, l’innovation des matériaux doit prioriser le développement de matériaux alternatifs en remplacement ou en complément.
L’innovation dans le domaine des matériaux alternatifs aidera les industries à répondre à la demande tout en minimisant l’impact environnemental, mais aussi à optimiser l’utilisation des ressources et à favoriser une économie plus circulaire et plus résiliente.
La solution BIOVIA de Dassault Systèmes offre un environnement de modélisation et de simulation complet, conçu pour aider les chercheurs à prédire et à comprendre les relations entre la structure atomique et moléculaire d'un matériau d'une part, et ses propriétés et son comportement d'autre part. Grâce à une approche in silico, les chercheurs peuvent optimiser les propriétés des matériaux sans avoir besoin d’expériences physiques coûteuses. La création de jumeaux virtuels de matériaux composites permet également de réduire les coûts de recherche et développement et d’accélérer le processus d’innovation des matériaux.
James Wescott
Roles Portfolio Engineering Senior Manager — BIOVIA,
Dassault Systèmes
Éco-conception
Les produits conçus selon les principes de conception circulaire sont plus faciles à démonter et à traiter en fin de vie.
Au moins 40 % des entreprises sont en train d’intégrer les principes de conception circulaire au développement de leurs produits et d’effectuer des analyses du cycle de vie tout au long des phases de développement du produit.
L’éco-conception se concentre sur l’amélioration de la durabilité et de la réparabilité afin de prolonger la durée de vie des produits, minimisant ainsi le besoin en matières premières supplémentaires. En intégrant ces principes, les entreprises peuvent faire des choix de matériaux plus éclairés qui influencent directement l’empreinte environnementale d’un produit tout en créant des opportunités de différenciation sur le marché.
Olivier Pedoussaut, Directeur Solution Experience —
Industrie High-Tech
,
Dassault Systèmes
Logistique inverse
Le passage d’une supply chain linéaire à un réseau de valeur circulaire – avec un système en boucle fermée – est au cœur d’une transition réussie vers l’économie circulaire.
Et la logistique inverse est un élément clé de la transformation du réseau de valeur, car elle donne une seconde vie aux articles retournés, que ce soit par le biais de la revente ou de la remise à neuf. Elle contribue non seulement à une économie circulaire — en réduisant la dépendance à l’égard des matières premières tout en réduisant les déchets — mais ajoute également de la valeur, car les produits écologiques se vendent souvent à des prix plus élevés et augmentent les bénéfices.
La logistique inverse contribue à la construction d’une chaîne de valeur des matériaux critiques plus durable. Le suivi des opérations logistiques permet de réaliser des économies et de combler le différentiel d’efficacité, tout en améliorant la satisfaction des clients grâce à un meilleur service et à une communication claire sur les retours.
Jean-Yves Tresson
Expert consultant Industry Business Value — Équipements industriels,
Dassault Systèmes
Récupération par désassemblage
Le parcours de l’ingénierie jusqu’à la fabrication est en train d’être réinventé pour donner la priorité aux produits qui répondent aux besoins fonctionnels et contribuent à une économie circulaire.
Un élément essentiel de cette transformation est l’intégration de la conception pour le désassemblage – une approche stratégique qui garantit que les matériaux peuvent être facilement récupérés, réutilisés ou recyclés en fin de vie d’un produit :
- Les matériaux sont sélectionnés pour leur durabilité, leur recyclabilité et leur compatibilité avec des processus de désassemblage efficaces pendant la phase d’ingénierie afin de garantir un réemploi facile
- Planifier le désassemblage lors de la fabrication et intégrer des caractéristiques qui simplifient le désassemblage sont des démarches essentielles pour minimiser les déchets
- Grâce à une planification de la récupération par désassemblage en fin de vie, les produits peuvent être démontés pour permettre la récupération de matériaux de grande valeur
En intégrant la conception pour le désassemblage dans le cheminement qui va de l’ingénierie jusqu’à la fabrication, les entreprises peuvent s’assurer que les matériaux ne sont pas simplement consommés et jetés, mais qu’ils sont préservés, récupérés et réintroduits dans le cycle de production. En permettant la récupération efficace de ressources précieuses, les entreprises peuvent réduire leur dépendance à l’égard des matériaux vierges, préserver les ressources naturelles et minimiser la dégradation de l’environnement.
Karim Fradj
Directeur Qualité et Durabilité — ENOVIA,
Dassault Systèmes
Placer la barre plus haut dans toutes les industries
Une plate-forme intégrée servant de centre d’innovation pour les matériaux critiques est essentielle pour obtenir une visibilité et une traçabilité totales dans le réseau de valeur des matériaux critiques. Comment la plate-forme 3D EXPERIENCE® de Dassault Systèmes a-t-elle aidé des leaders de l’industrie à innover et à mener à bien leur programme de développement durable ?
Bold Valuable Technology conçoit, teste, fabrique et fournit des solutions de structure légère et des systèmes de batterie haute performance complet.
« Nous devons enchaîner différentes étapes de développement très rapidement et maintenir la traçabilité de chaque composant que nous développons et que nous lançons à la fin en production. Avec la plate-forme 3DEXPERIENCE, nous pouvons repousser les limites de ce qui est réalisable et fournir la meilleure technologie à nos clients. »
Gérard Torres
Directeur des opérations,
Bold Valuable Technology
Envision Group fournit des solutions de systèmes d’énergie renouvelable et est un partenaire technologique neutre en carbone.
« Nos processus, de l’acquisition des commandes et la planification de la production à la logistique, en passant par l’exploitation sur site et les services de maintenance, doivent être parfaitement harmonisés afin que nous puissions livrer nos clients dans les délais impartis, tout en ayant le contrôle de notre supply chain mondiale et en atteignant nos objectifs de neutralité carbone. »
Shao Chunlei
Vice-président Global Supply Chain et Directeur général International Project Delivery and Service,
Envision Group
Verkor est un pionnier du développement des véhicules électriques qui produit des batteries lithium-ion de nouvelle génération dans sa première giga-usine.
« Notre collaboration avec Dassault Systèmes nous permettra de gérer le processus de cycle de vie des produits de bout en bout grâce à la plate-forme 3DEXPERIENCE. »
Christober Raj
Directeur numérique,
Verkor
Vous avez une question ? Nous avons la réponse.
Des informations clés sur les matériaux critiques fournies par les experts en développement durable de Dassault Systèmes.
1. Qu’entend-on par « matériaux critiques » ?
Chaque pays a sa propre définition des matériaux critiques – généralement envisagée à travers le prisme de la souveraineté et de la sécurité de l’approvisionnement. En agrégeant les définitions, on peut dire qu’il s’agit de minéraux, d’éléments, de substances ou de matériaux qui revêtent une grande importance économique — qui remplissent une fonction essentielle dans une ou plusieurs technologies énergétiques — et présentent un risque élevé de perturbation de la supply chain en raison de la concentration de leurs sources et du manque de bons substituts.
Pour l’AIE, les matériaux critiques sont des composants essentiels des technologies d’énergie propre telles que les parcs éoliens, les réseaux électriques, les centrales solaires photovoltaïques et les véhicules électriques.
2. Pourquoi les matériaux critiques sont-ils si importants, en particulier dans les secteurs du transport, de l’énergie et de l’électronique ?
Pour atteindre la neutralité carbone d’ici 2050, il faudra six fois plus de minéraux en 2040 qu’en 2020. Alors que les pays accélèrent leurs efforts pour réduire leurs émissions, ils doivent s’assurer que les systèmes énergétiques restent résilients et sûrs.
Les matériaux critiques ont un impact sur les technologies innovantes de pointe, chaque technologie nécessitant différents types de matériaux. Par exemple, le lithium, le nickel, le cobalt, le manganèse et le graphite naturel sont cruciaux dans le secteur des batteries. Les ÉTR sont quant à eux essentiels pour les aimants permanents utilisés dans les éoliennes et les moteurs de véhicules électriques.
3. Quel est le cycle de vie des matériaux critiques ?
Pour simplifier, le cycle de vie des matériaux peut être ramené à plusieurs segments. Pendant l’extraction, les matériaux sont retirés de leur milieu naturel et subissent un traitement qui les transforme en substances adaptées à des applications industrielles.
L’innovation des matériaux consiste à développer de nouveaux matériaux pour réduire la dépendance aux matériaux critiques. La conception des produits implique l’utilisation de ces matériaux pour créer des produits, en mettant l’accent sur la réduction des déchets et le recyclage. Ensuite, les produits sont fabriqués, commercialisés et utilisés.
Pendant le désassemblage, les produits sont démantelés et les éléments réutilisables sont isolés. Enfin, le recyclage et la récupération se concentrent sur le recouvrement des matériaux critiques des produits en fin de vie.
4. Comment les matériaux critiques circulent-ils dans une économie circulaire ?
Dans une économie circulaire, les matériaux critiques sont gérés de manière à minimiser les déchets et à maximiser la réutilisation et le recyclage. En 2019, le pourcentage de matériaux secondaires utilisés dans les activités de fabrication et de construction était d’environ 9 %. Même si le potentiel de récupération des ressources est pleinement exploité, les structures économiques actuelles ne permettent que 30 à 40 % de circularité des matériaux.
Par conséquent, les systèmes mondiaux de production et de consommation doivent être restructurés. Cela commence par la création de nouveaux modèles économiques fondés sur des principes circulaires, en intégrant par exemple les principes de l’éco-conception, dont le but est de privilégier des conceptions plus durables et une meilleure planification de la prolongation de la durée de vie et du démontage.
5. Qu’est-ce que le réseau de valeur des matériaux critiques ?
Une chaîne de valeur regroupe l’ensemble des activités liées à la création de valeur tout au long du cycle de vie du produit ou du service, de l’extraction des matières premières à la fin de vie. Pour passer à un modèle plus circulaire pour les matériaux critiques, nous devons générer de la valeur ajoutée à partir de matériaux recyclés et récupérés en les réinjectant dans les industries en tant que nouveaux intrants.
Étant donné que les modèles de chaîne de valeur conventionnels sont linéaires, nous n’y parviendrons qu’à travers un modèle de réseau de valeur plus sophistiqué. Un réseau de valeur connecté fonctionne de manière plus collaborative. De ce fait, les parties prenantes connectées interagissent sur l’ensemble du réseau et influencent les activités liées à la création de valeur.
6. Qu’est-ce qu’un matériau issu d’un approvisionnement responsable ?
Les matériaux issus d’un approvisionnement responsable sont obtenus par le biais de processus qui privilégient la durabilité, les pratiques de travail éthiques et la minimisation de l’impact environnemental. Cela signifie que l’extraction, la production et le transport des matériaux doivent respecter les normes ESG.
De plus, les matériaux critiques sont exposés à un risque élevé de perturbation de la supply chain. Pour réduire ces risques, il est primordial d’obtenir les matériaux de manière durable — et un permis social d’exploitation est ici particulièrement utile.
De plus, en promouvant une économie circulaire, nous pouvons répondre efficacement à la demande mondiale en récupérant des matériaux pour les réinjecter dans la boucle de production, ce qui permet de réduire la nécessité de recourir à l’exploitation minière et de limiter les impacts environnementaux y associés.
7. Comment intégrer efficacement la traçabilité tout au long de la chaîne de valeur ?
Assurer une traçabilité tout au long de la chaîne de valeur n’est pas impossible. Certains secteurs y sont parvenus. Pour les matériaux critiques, nous sommes toutefois en présence d’un écosystème très complexe impliquant de nombreuses parties prenantes. Par exemple, l’électronique requiert plus de 50 matériaux critiques différents, chacun provenant d’un endroit et d’un fournisseur différents.
Élaborer des normes et des réglementations complètes pour garantir une traçabilité de bout en bout reste donc très difficile. L’objectif de Dassault Systèmes est de fournir des solutions complètes qui soutiennent cette traçabilité. Nous voulons donner aux parties prenantes les moyens d’agir en leur fournissant les informations nécessaires de manière collaborative, fiable, transparente et sécurisée tout en garantissant le respect des réglementations en vigueur.
8. Quelles sont les principales réglementations sur les matériaux critiques ?
Partout dans le monde, des réglementations se sont développées autour des matériaux critiques pour assurer leur traçabilité tout au long de la chaîne de valeur et promouvoir la circularité. Les nations visent à transformer cet écosystème avec pour objectif commun d’accroître leur autosuffisance, mais aussi la circularité des matériaux stratégiques pour lutter contre le changement climatique.
En Europe, les principales réglementations sont le règlement sur les matières premières critiques, le règlement pour une industrie "zéro net" et le Passeport numérique des produits. Aux États-Unis, l’« Inflation Reduction Act » et la « Bipartisan Infrastructure Law » promeuvent le recyclage et l’utilisation durable des matériaux critiques. En Chine, le quatorzième plan quinquennal pour le développement de l’économie circulaire vise à améliorer l’efficacité de l’utilisation des ressources.