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FACULTÉ DES GÉOSCIENCES ET DE L'ENVIRONNEMENT INSTITUT DE POLITIQUES TERRITORIALES ET D'ENVIRONNEMENT HUMAIN

Les symbioses industrielles :

une nouvelle stratégie pour l'amélioration de l'utilisation des ressources matérielles et énergétiques par les activités économiques

THÈSE DE DOCTORAT

présentée à la Faculté des géosciences et de l'environnement de l'Université de Lausanne pour l'obtention du grade de

Docteur en sciences de l'environnement

par

Guillaume Massard

Directeur de thèse

Professeur Suren Erkman

Jury

Professeur Jean Rüegg, Président du jury

Professeur François Golay, Expert

Dr. Daniel Chambaz, Expert

Dr. Arnaud Ansart, Expert

LAUSANNE

2011
FACULTÉ DES GÉOSCIENCES ET DE L'ENVIRONNEMENT INSTITUT DE POLITIQUES TERRITORIALES ET D'ENVIRONNEMENT HUMAIN

Les symbioses industrielles :

une nouvelle stratégie pour l'amélioration de l'utilisation des ressources matérielles et énergétiques par les activités économiques

THÈSE DE DOCTORAT

présentée à la Faculté des géosciences et de l'environnement de l'Université de Lausanne pour l'obtention du grade de

Docteur en sciences de l'environnement

par

Guillaume Massard

Directeur de thèse

Professeur Suren Erkman

Jury

Professeur Jean Rüegg, Président du jury

Professeur François Golay, Expert

Dr. Daniel Chambaz, Expert

Dr. Arnaud Ansart, Expert

LAUSANNE

2011

Unicentre CH-1015 Lausanne http://serval.unil.ch Year : 2011 Les symbioses industrielles : une nouvelle stratégie pour l'amélioration de l'utilisation des ressources matérielles et énergétiques par les activités économiques Massard Guillaume Massard Guillaume, 2011, Les symbioses industrielles : une nouvelle stratégie pour l'amélioration de l'utilisation des ressources matérielles et énergétiques par les activités économiques Originally published at : Thesis, University of Lausanne Posted at the University of Lausanne Open Archive. http://serval.unil.ch Droits d'auteur L'Université de Lausanne attire expressément l'attention des utilisateurs sur le fait que tous les documents publiés dans l'Archive SERVAL sont protégés par le droit d'auteur, conformément à la loi fédérale sur le droit d'auteur et les droits voisins (LDA). A ce titre, il est indispensable d'obtenir le consentement préalable de l'auteur et/ou de l'éditeur avant toute utilisation d'une oeuvre ou d'une partie d'une oeuvre ne relevant pas d'une utilisation à des fins personnelles au sens de la LDA (art. 19, al. 1 lettre a). A défaut, tout contrevenant s'expose aux sanctions prévues par cette loi. Nous déclinons toute responsabilité en la matière. Copyright The University of Lausanne expressly draws the attention of users to the fact that all documents published in the SERVAL Arc hive a re protecte d by copyright in accordance with fede ral law on copyright and similar rights (LDA). Accordingly it is indispensable to obtain prior consent from the author and/or publ isher before any use of a work or par t of a work for purposes other than personal use within the meaning of LDA (art. 19, para. 1 letter a). Failure to do so will expose offenders to the sanctions laid down by this law. We accept no liability in this respect.

1

A mes parents et mon frère,

A tous mes amis et collègues.

Vidya Gastaldon, 2010

2 3

Résumé

Cette thèse traite d'un domaine d'application de l'écologie industrielle, les symbioses industrielles, comme

stratégie d'amélioration de la consommation des ressources matérielles et énergétiques et de la gestion

des déchets par les activités économiques. Les symbioses industrielles cherchent à créer de nouvelles

collaborations directement entre les acteurs économiques d'un territoire dans le but d'échanger de

l'information, des matières premières et des déchets, et d'intensifier les mutualisations de services et

d'infrastructures possibles entre entreprises voisines. Ces quatre types de collaboration sont représentés

schématiquement dans la figure ci-dessous. Représentation des quatre différents types de symbioses industrielles (Figure 10, page 47)

Dans ce travail, la détection et la mise en oeuvre de symbioses industrielles sont abordées sous plusieurs

angles. Les recherches réalisées concernent le développement de procédures de mise en oeuvre

s'adressant aux collectivités publiques, aux institutions académiques et aux bureaux de conseil dans le

domaine de l'environnement. Les objectifs des procédures sont de créer une dynamique de collaboration

et de confiance entre les acteurs économiques et l'administration publique d'un territoire afin de détecter

des symbioses industrielles potentielles. Ces procédures requièrent la gestion de grandes quantités

d'informations relatives aux flux de matière et d'énergie.

Un travail de terrain, réalisé sur les territoires du canton de Genève et de Lausanne Région et utilisé

comme études de cas, a permis de mettre en évidence un grand nombre de symbioses industrielles qui

existent déjà en Suisse romande. Plusieurs dizaines d'exemples ont été identifiés principalement dans les

4

domaines de la gestion de l'eau, de l'énergie, des produits chimiques et des matériaux de construction. La

législation suisse autoriserait cependant la concrétisation de nombreuses autres opportunités. Dans cette

recherche, celles-ci sont évaluées techniquement, légalement, économiquement et

environnementalement. La création d'un référentiel d'évaluation des opportunités permet de déterminer

quelles sont les symbioses industrielles techniquement réalisables et pertinentes dans le contexte suisse

et dans quels cas celles-ci représenteraient une réelle plus-value par rapport à l'utilisation actuelle de la

ressource et aux filières existantes de collecte et de valorisation des déchets.

Finalement, un logiciel, SymbioGIS, destiné à soutenir la détection et l'évaluation de symbioses

industrielles potentielles a été développé. Il s'agit d'une interface web accessible pour de nombreux

utilisateurs, couplée à une interface de systèmes d'information géographique. En plus de la détection de

symbioses industrielles, plusieurs fonctionnalités sont proposées pour faciliter la prise en compte des flux

de matière et d'énergie dans les problématiques liées à l'aménagement du territoire et au positionnement

des activités économiques.

En conclusion, cette recherche met en évidence la nécessité de rapprocher les institutions publiques en

charge de la protection de l'environnement, de la promotion économique et de l'aménagement du territoire

pour favoriser l'essor des symbioses industrielles comme stratégie pour la gestion des ressources

matérielles et énergétiques. Elle propose des pistes pour intensifier les collaborations entre ces domaines

et accélérer le partage des connaissances liées aux flux de matière et d'énergie et à leur cheminement au

sein des activités économiques afin de rendre le système industriel existant en Suisse romande viable à

long terme. Parallèlement, elle étudie les possibilités de transposer ces considérations et les procédures

et outils développés dans le contexte économique et social de la région Asie-Pacifique, où se trouvent

aujourd'hui de nombreuses activités de production. 5

Summary

Industrial symbioses: A new strategy for improving how economic activities use material and energy resources

This thesis focuses on one application of industrial ecology, industrial symbioses, as a strategy for

improving how economic activities consume material and energy resources. Industrial symbioses seek to

create new collaborations among economic players with the goal of exchanging information, raw

materials, and waste directly among area businesses, and to step up the potential pooling of services and

infrastructure among neighboring companies. The identification and implementation of industrial symbioses are studied from several angles. The research first examines the development of implementation procedures for government bodies, academic

institutions, and environmental consulting services. The purpose of the procedures is to create a dynamic

of collaboration and trust between the economic players and the public officials in a region in order to

identify potential industrial symbioses. The procedures necessitate managing large amounts of information

about material and energy flows.

Fieldwork conducted in the canton of Geneva and the Lausanne region, and used as case studies for the

research, highlights a great number of industrial symbioses that already exist in French-speaking

Switzerland. Several dozen examples are identified, primarily in the areas of water management, energy,

chemical products, and building materials; however, Swiss law would permit many others. The research evaluates these opportunities from a technical, legal, economic, and environmental standpoint. By developing an assessment framework it is possible to determine which industrial symbioses are

technically feasible and pertinent in Switzerland, and under what circumstances they would represent real

added value compared to the current use of the resource and to existing systems for collecting and reusing waste.

Lastly, SymbioGIS software was developed to help identify and assess potential industrial symbioses. The

program's Web-based interface can be accessed by multiple users and is coupled with an interface that

provides geographic information. In addition to identifying industrial symbioses, several program

functionalities make it easier to consider material and energy flows with regard to local development

issues and siting economic activities.

In conclusion, the research highlights the need to bring together public institutions charged with protecting

the environment, promoting economic activity, and overseeing development in order to foster the

expansion of industrial symbioses as a strategy for managing material and energy resources. It proposes

solutions for stepping up collaboration among these players and accelerating the sharing of knowledge

6

about material and energy flows and their paths within economic activities with the goal of making the

existing industrial system in French-speaking Switzerland viable long-term. Also examined were the possibilities of transposing these considerations and the study's findings about Switzerland to the economic and social context of the Asia-Pacific region, where much production is now located. 7

Remerciements

Mes premiers remerciements vont au Professeur Suren Erkman, qui m'a initié à l'écologie industrielle dès

2004 et m'a, au cours de ces cinq années de recherche, offert d'innombrables opportunités de découvrir

ce concept passionnant et de me former à ses enjeux.

J'aimerais ensuite remercier de tout coeur mes parents, mon frère et toute ma famille, sans qui je ne

serais jamais arrivé au terme de mes études et de cette recherche, ainsi que mes amis.

Je remercie tout particulièrement mes amis et collègues de l'Université de Lausanne, Jean Rüegg,

Dominique Bourg, Pascale, Emilia, Tourane, Nelly, Leah, Joëlle, Verena, Théodore, Frédéric, Augustin,

Gabriel, Philippe, Marc, Simon et Gérald. Un grand merci également à tous les étudiants, diplômants et

civilistes qui ont de près ou de loin participé à cette recherche, Laetitia, Priti, Basile, Matthieu, Albin,

Xavier, Baptiste, David et Rémy.

Les études de cas menées à Genève et à Lausanne ont constitué un apport important pour ma recherche.

Pour leur soutien, j'aimerais remercier Daniel Chambaz, directeur général de l'Office de l'environnement

de l'Etat de Genève et l'ensemble des membres du groupe de travail Ecosite, ainsi que Thierry Dewarrat,

des Services industriels de Lausanne.

Pour leur lecture attentive et leur soutien précieux, je tiens également à remercier Carole Oppliger,

Tourane Corbière, Françoise Spreter, Françoise Wallin, Maina Berrabah et Sébastien Bourquin.

Finalement, j'aimerais remercier toute l'équipe de Sofies : Ana, Charlotte, Benoit, David, Laurent et

Frédéric ; ainsi que toutes les personnes qui travaillent dans le domaine de l'écologie industrielle et que

j'ai eu la chance de côtoyer au cours de ces cinq années : Cyril Adoue, Ines Costa, Abhishek Agarwal,

Gabriel Grant, Marian Chertow, Weslynne Ashton, Anthony Chui, pour m'avoir si bien acceuilli aux Philippines, Frank Boons, Leo Baas, Ralph Isenmann, Shi Lei, Tsuyoshi Fujita, Geng Yong, Sabrina Brullot, Julia Steinberger, Marlyne Sahakian et bien d'autres. 8 9

Table des matières

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Table des abréviations

ACV = Analyse de cycle de vie

BCSD-UK = Business Council for Sustainable Development du Royaume-Uni

CCI = Chambre du commerce et de l'industrie

CREPE = Conférence romande des responsables de la protection de l'environnement CRISP = Core Resource for Industrial Symbiosis Practitioners, UK CSRP = Centre for Sustainable Resource Processing, Australie

DCB = Décharges contrôlées bioactives

DCMI = Décharges contrôlées pour matériaux inertes DDC = Direction du développement et de la coopération, Suisse

DEU = Domestic Extraction Used

DMC = Domestic Material Consumption

DMI = Direct Material Input

DPO = Domestic Processed Output

EIP = Eco-Industrial Park

EMAS = Eco-Management and Auditing Scheme

EDF = Electricité de France

EPFL = Ecole polytechnique fédérale de Lausanne

FER = Fédération des entreprises romandes

FTI = Fondation pour les terrains industriels, Genève GESDEC = Service cantonal de géologie et de gestion des Déchets, Genève GTZ = Deutsche Gesellshaft für Teschnische Zusammenarbeit, Allemagne HISP = Humber Industrial Symbiosis Programme, Royaume-Uni ICAST = Institut pour la Communication et l'Analyse des Sciences et des Technologies, Genève

IS = Système d'information

ISIS = Industries et synergies inter-sectorielles

KIC = Kwinana Industry Council, Australie

KITECH = Korean Institute of Industrial Technology

KNCPC = Korean National Cleaner Production Center

MEFA = Material and Energy Flow Analysis

MFA = Material Flow Analysis

NACE = Nomenclature statistique des activités économiques dans la Communauté européenne

NAS = Net Addition to Stock

NISP = National Industrial Symbiosis Program, Royaume-Uni 14 NOGA = Nomenclature générale des activités économiques, Suisse

NPR = Nouvelle politique régionale, Suisse

OCDE = Organisation de coopération et de développement économique OCSTAT = Office cantonal de la statistique, Genève OFEV = Office fédéral de l'environnement, Suisse OFS = Office fédéral de la statistique, Suisse

PEZA = Philippines Economic Zone Authority

PIB = Produit intérieur brut

PMHS = Hydrure de polyméthylsiloxane

PNUE = Programme des Nations Unies pour l'environnement

PTB = Physical Trade Balance

RED IBIS = Regional Economic Development through Intelligence Based Industrial Symbiosis, UK ScanE = Service cantonal de l'énergie, Genève SECO = Secrétariat d'Etat à l'économie, Suisse SELT = Service de l'économie, du logement et du tourisme, Vaud SESA = Service des eaux, sols et assainissements, Vaud SETA = State Environmental Protection Agency, Chine

SIL = Services industriels de Lausanne, Vaud

SI = Système d'information

SIG = Système d'information géographique

SITG = Système d'information du territoire genevois

SME = Système de management environnemental

STEP = Station d'épuration des eaux

TDO = Total Domestic Output

TEDA = Tianjin Economic Development Area, Chine

TIC = Technologies de l'information et de la communication

TMC = Total Material Consumption

TMO = Total Material Output

TMR = Total Material Requirement

UIOM = Usine d'incinération des ordures ménagères ONUDI= Organisation des Nations Unies pour le développement industriel UTT = Université de techologie de Troyes, France US-EPA = United States Environmental Protection Agency WBCSD = World Business Council for Sustainable Development ZIPLO = Zone industrielle de Plan-les-Ouates, Genève 15

Table des figures

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Table des tableaux

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22

Chapitre 1 : Introduction 23

Chapitre 1.

L' ECOLOGIE INDUSTRIELLE ET LES SYMBIOSES INDUSTRIELLES

1.1 REMARQUES PRELIMINAIRES : LES ENJEUX DE LA CONSOMMATION DE RESSOURCES

En ce début de XXI

ème

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