Etude économique de l'extraction

Contexte

Cette étude économique de l'extraction des plastiques de l'océan se base en partie sur le projet, encore à l'étude, intitulé Ocean Cleanup Array, qui repose sur l'utilisation de barrages flottants.

L'extraction par cette méthode concerne uniquement les plastiques se trouvant en surface, qui peuvent être aussi bien des éléments de grande taille que des micro-particules. Ce sont des plastiques mélangés et probablement contaminés en polluants organiques persistants, tels que les PCBs ou encore les hydrocarbures.

L'intérêt de ce projet est qu'il utilise la force des courants marins pour apporter les plastiques vers les 24 barrages (qui est encore un nombre à fixer par l'équipe du projet, mais que nous retiendrons dans notre cas), ce qui permet de concentrer cette "soupe de plastiques" en des points plus localisés, réduisant ainsi le nombre d'allers-retours en bateau par rapport à une extraction pour laquelle la zone entière d'accumulation des déchets devrait être parcourue .

On considèrera que le projet a une durée de 5 ans, qui est selon l'équipe du projet Ocean Cleanup Array le temps moyen nécessaire au gyre Atlantique Nord pour faire un tour complet.

Ces barrages, qui devront être fixés pour ne pas dériver avec les courants, permettraient de concentrer les quelques 10 000 tonnes de plastique en surface estimées dans le gyre en question.

Pour simplifier l'étude, on suppose qu'il n'y a aucun nouvel apport de plastique dans le gyre au cours des 5 années prévues pour le projet d'extraction.

Estimation du coût de la matière première des barrages

Pour estimer le coût matériel des barrages, il faut avant tout imaginer de façon précise leur fonctionnement. Celui-ci n'est pas encore très bien détaillé dans le projet Ocean Cleanup Array, qui n'en n'est qu'à sa phase d'étude de faisabilité technique et économique. Nous commencerons par expliquer ce qui ressort du projet, puis ajouterons nos hypothèses de fonctionnement.

         

Prototype de barrage flottant (Source : http://www.boyanslat.com/plastic/)

D'après l'image ci-dessus, un barrage est constitué d'une structure flottante en forme de raie manta, comportant un grand bac de collecte à l'arrière. Les deux bras périphériques permettent de guider les plastiques et l'eau vers le coeur de la structure. Cette eau vectrice de plastique sera conduite dans le bac de collecte. On trouve également des panneaux solaires, puisque l'idée est que chaque barrage soit énergétiquement le plus autonome possible.

Nous avons affiné le fonctionnement d'un barrage pour mieux comprendre comment les plastiques et l'eau pouvaient être séparés, et comment les plastiques étaient conduits vers le bac de collecte.

Les plastiques et l'eau arriveraient au niveau d'une vis sans fin,  qui les conduirait vers le bac de collecte. Cette vis sans fin pourrait par exemple être alimentée par les panneaux solaires la journée, et par un système de collecte d'énergie utilisant les vagues la nuit. Nous avons imaginé le bac de collecte ainsi: 

-une bâche au dessus, qui évite que les particules légères s'envolent à cause du vent et que les oiseaux viennent se nourrir du plastique,

-quatre parois verticales,

-un fond qui laisse passer l'eau pour la séparer des plastiques. Le bac de réception serait supporté par une armature en barres en inox creuses pour limiter le poids. Cette armature est recouverte d'une grille en inox percée, elle-même recouverte d'un filtre de maille 1mm x 1mm, afin de retenir les petits débris plastiques. Cette limite de taille a été déterminée par l'article "The size, mass, and composition of plastic débris in the western North Atlantic Ocean", dont l'image ci-dessous est tirée. Ainsi, les plastiques seraient retenus et l'eau évacuée.

                          

Taille des particules plastiques dans l'océan Atlantique Nord (Source: «The size, mass, and composition of plastic débris in the western North Atlantic Ocean »)

On peut supposer que ce système sera enclin à un colmatage. Mais les remous se trouvant sous le bac pourraient peut-être permettre un rétro-lavage.

Les barrages seront placés au niveau du gyre, à contre-courant, afin de réceptionner le plus de particules et d'agir comme des filtres. Ils se trouveront dans une zone peu fréquentée par les bateaux. Néanmoins, pour plus de sécurité, on installera un système radar et des lumières afin de rendre ces barrages détectables la nuit et d'éviter tout accident.

Pour estimer le prix des matières premières pour un barrage, nous avons assimilé la structure et le bac à une coque de piscine, les "bras" à des bouées utilisées lors de marées noires, et cherché les coûts de vis sans fin, barres inox, grilles inox, et tout autre élément que nous destinons à se trouver dans le barrage comme indiqué précédemment. Cela nous conduit à un coût de 69 747 euros, ce qui correspond à 1 757 627,93 euros TTC de matériel pour 24 arrays.

Il faut également prendre en compte le coût de main d'oeuvre, le coût d'ancrage ainsi que le coût d'achat d'un hangar de grande dimension pour l'assemblage. Notons que nous n'allons produire que 24 machines, ce qui réduit la rentabilité de la chaîne de production. De plus, nous choisissons d'ajouter une marge d'incertitude à ce calcul.

Tableau récapitulatif des coûts de matière première des barrages flottants

Le coût de main d'oeuvre a été estimé en considérant un assemblage en Virginie, par des salariés gagnant plus que le salaire minimum dans ce pays. En effet, il est souhaitable d'avoir des travailleurs qualifiés pour assurer l'assemblage correct de ces machines. Nous fixons le salaire brut à 14.4 euros par heure, et considérons qu'une durée de 20 000 heures par machine est nécessaire. Quant au coût d'ancrage, qui devra être réalisé à environ 4000 mètres de profondeur, soit la profondeur du fond océanique, l'estimation porte sur un projet réalisé par des étudiants de l'Ensiacet. intitulé "Maritherm". La valeur de 2 millions d'euros par ancrage est donc retenue. Nous considérons que le même prix s'appliquera au désancrage.  

Installation et désinstallation des machines

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Localisation des gyres océaniques et zones de concentration des déchets (Source : encar-alkaken.blogspot.fr)

Par comparaison de cartes représentant le gyre Atlantique Nord (cf ci-dessus) et Google Earth, nous avons estimé que le centre du gyre avait les coordonnées géographiques suivantes: 28 degrés Nord et 59 degrés Ouest.Grâce au logiciel Google Earth, nous avons estimé la distance la plus courte en bateau du centre du gyre (qui sera notre point fictif de placement des barrages pour calculer les coûts de transport). Cela nous conduit en Virginie, à environ 1860 km de distance.

Un bateau de type remorqueur est choisi. Il s'agit d'un bateau très puissant qui peut tracter des poids très importants, comme en témoigne la photo ci-dessous. On considère pour limiter le coût de transport et donc le nombre d’aller-retour qu’un tel bateau peut tracter d’un coup les 24 arrays. Un bateau remorqueur a en moyenne une consommation de 321 l/h et une vitesse de 18.5 km par heure. Connaissant le coût du carburant et la distance à parcourir pour disposer les arrays au niveau du centre du  gyre, le coût en carburant est estimé à 42 138 euros pour un aller-retour, soit le double pour installer puis désinstaller les arrays.

 

Bateau remorqueur tractant un bateau (Source: http://gcaptain.com/emma-maersk-engine/)

Transport des plastiques

Avec les dimensions que nous avons choisies pour le bac de collecte (4m*3,5m*3,5m), les bacs ont chacun une capacité de stockage de 50 m3, ce qui représente une masse de 45 tonnes (en effet, les principaux plastiques extraits sont des plastiques tels que le polyéthylène et polypropylène, qui ont des masses volumiques proches de 0.9 g/cm3). Cela suppose bien sûr un remplissage régulier et identique pour chacun des arrays.

Il y aurait 10 000 tonnes de plastique flottant à récupérer. Le projet d'extraction ayant une durée de 5 ans, et ayant 24 bacs de 50 m3 disponibles, on estime la quantité de plastique extractible à au maximum 1000 tonnes tous les 6 mois (en realité, cela sera un peu moins car nous avons surestimé la valeur de base de 9064 tonnes). Cela permettra d'avoir le premier retour financier assez rapidement.

Nous avons sélectionné le bateau représenté dans l'image ci-dessous, qui dispose d'après ses caractéristiques techniques du volume nécessaire au transport des 1000 tonnes de plastique extraites tous les 6 mois.

                                       

Bateau choisi pour le transport des plastiques (Source: http://www.rushcorp.com/UsedBoats/BoatDetails/BoatDetails.php?show=260115)

Connaissant les caractéristiques du bateau retenu, nous avons estimé le coût de sa consommation en carburant par kilomètre pour 1000 tonnes transportées à 5,5 euros. Le cargo ne sera pas acheté, mais plutôt loué ponctuellement, puisqu'il ne sera utilisé que 2 fois par an.

Une fois à terre, les plastiques doivent être transportés jusqu'aux différents lieux de valorisation, que nous détaillerons en partie suivante. Pour ce faire, le train a été retenu face au transport en camion, qui coûte plus cher.

Tableau récapitulatif des distances 

Tableau récapitulatif des coûts de transport