Optimisation du transport et de l’allocation d’un co-produit de la biométhanisation au sein d’une chaine d’approvisionnement collaborative en boucle fermée

Résumé

Ce projet de recherche explore la logistique des opérations de production et de transport dans une chaîne d'approvisionnement (CA) de biométhanisation collaborative et en boucle fermée. Les fournisseurs de matières premières approvisionnent une usine de biométhanisation en résidus organiques, qui peuvent se présenter sous deux formes : liquide ou solide. Les résidus sont transportés à l'usine par deux types de camions (citernes et vrac solide) de capacités différentes, où ils sont transformés par biométhanisation. Au cours du processus de biométhanisation, ces résidus sont décomposés, en l'absence d'oxygène, en gaz naturel renouvelable et en digestat, qui est un engrais organique de grande valeur utilisé dans les exploitations agricoles. La plupart des fournisseurs sont également des clients qui ont besoin de récupérer le digestat pour leurs propres exploitations. De plus, ils ont besoin d'obtenir le digestat sous la même forme que les résidus organiques qu'ils ont fournis (liquide ou solide). Or, à la sortie de l’usine de biométhanisation, le digestat est sous forme liquide et nécessite donc de passer par un séparateur pour être déshydraté. Cette opération supplémentaire est coûteuse et demande un dimensionnement avisé pour éviter une sur ou sous capacité. Le premier objectif de ce projet est de dimensionner une flotte de camions adaptée aux besoins et à la capacité de l'usine de biométhanisation et de minimiser les coûts de transport. Ensuite, le deuxième objectif est de déterminer la quantité de digestat à allouer aux fournisseurs-clients pour minimiser les coûts totaux de la CA, à savoir les coûts de transport et de séparation, afin de réaliser un maximum d'économies collectives. Enfin le troisième objectif consiste à déterminer des stratégies de compromis pour assurer l’équité des allocations de digestat pour l’ensemble des fournisseurs-clients. Deux ensembles de données ont été utilisés dans ce projet : le premier est issu d’un cas d’étude réel et le second est un cas d’étude fictif, mais représentatif, conçu à partir du cas réel. Après avoir défini et modélisé le problème à l'aide de la programmation mathématique, quatre scénarios reflétant différentes mises en place de pratiques logistiques (retours en charge et configuration hétérogène de la flotte de camions) ont été testés. Cette étape a permis d’identifier un scénario comme étant plus performant que les autres sur différents points. Par comparaison avec le scénario de référence, dépourvu de ces pratiques logistiques, en appliquant simultanément les retours en charge et la flotte hétérogène à notre cas d’étude réel les économies potentielles sont de 17%, la réduction du nombre total de kilomètres parcourus est de 42% et la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) est de 34%. Pour le cas d’étude fictif, les économies potentielles sont de 29%, la réduction du nombre total de kilomètres parcourus est de 43% et la réduction des émissions de GES est de 35%. Pour déterminer la quantité de digestat à allouer aux fournisseurs-clients, nous sommes repartis du scénario logistique le plus performant obtenu précédemment et nous avons établi huit stratégies d’allocation différentes du digestat. Initialement, la répartition était obtenue à partir du prorata du tonnage humide de résidus organiques fournis par chaque fournisseur-client. Cette répartition a été jugée équitable par l’ensemble des acteurs de la CA. Nous avons ensuite voulu la confronter à d’autres répartitions. Les stratégies établies ont été déterminées et calculées soit manuellement soit via un algorithme ayant pour objectif d’obtenir le coût total minimum. Nous avons pu observer des résultats encourageants sur les économies potentielles, la réduction du nombre total de kilomètres parcourus et les émissions de GES mais aucune stratégie ne s’est imposée par rapport aux autres que ce soit pour notre cas d’étude réel ou notre cas d’étude fictif. Nous avons alors exploré deux pistes permettant d’obtenir des stratégies de compromis afin d’assurer de bonnes performances sur les indicateurs tout en conservant l’équité entre tous les fournisseurs-clients. Dans un premier temps, nous avons mis en place un mécanisme de compensation financière qui a pour but d’utiliser les économies réalisées par l’ensemble de la CA grâce aux stratégies d’allocation pour dédommager les fournisseurs-clients qui recevraient moins de digestat que prévu avec la répartition initiale. L’application de ce système au cas d’étude réel a révélé que sur les 8 stratégies d’allocation testées, une seule permettait de conserver des économies sur les coûts totaux de la CA. Toutefois, en appliquant ce système au cas d’étude fictif, trois stratégies permettent de conserver des économies sur les coûts totaux de la CA. Dans un second temps, nous avons mis en place une stratégie multicritère qui détermine mathématiquement les allocations permettant un équilibre entre une répartition juste fondée sur la répartition initiale et une répartition visant à minimiser l’ensemble des coûts de la CA. Dans le cadre du cas réel, cette stratégie n’a pas mené à des résultats performants. En revanche, dans le cadre du cas fictif, cette stratégie nous a permis de déterminer des allocations alliant les deux objectifs de manière plus équilibrée.

Date	17 nov. 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Tasseda Boukherroub (Directeur(-trice)) & Jean François Audy (Codirecteur(-trice))