Les caractéristiques structurelles des réseaux trophiques fournissent des lignes directrices pour la mise en place de réseaux industriels –

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  • En traduisant le modèle d’interconnexions entre les chaînes alimentaires de la nature en réseaux industriels, les chercheurs de l’Université Texas A&M ont défini des lignes directrices pour la mise en place de communautés industrielles prospères. Les chercheurs ont déclaré que ces orientations peuvent faciliter la croissance économique, réduire les émissions et réduire les déchets tout en garantissant que les industries partenaires peuvent se remettre de perturbations inattendues.

    «Les industries peuvent souvent s’associer pour échanger des sous-produits et avec le temps, ces industries peuvent former des communautés plus importantes. Bien que ces réseaux semblent très bénéfiques pour tous les partenaires industriels au sein de la communauté, ils ne réussissent pas toujours», a déclaré le Dr Astrid Layton, professeur adjoint à la J. Mike Walker ’66 Département de génie mécanique. «Nous avons essayé de résoudre ce problème en fournissant des lignes directrices de conception inspirées des réseaux trophiques de la nature afin que le système global soit à la fois écologique et économise de l’argent pour tous.

    Les chercheurs ont publié leur étude dans la revue Ressources, conservation et recyclage.

    Un élément essentiel de la gestion de toute industrie consiste à identifier les ressources, telles que les matières premières, qui sont économiquement viables. Plutôt que de laisser chaque industrie régler ces détails de manière indépendante, un parc éco-industriel ou un réseau d’industries partenaires est une tendance émergente. De plus, les entreprises appartenant à ces parcs travaillent en symbiose où, tout comme dans la nature, les industries profitent mutuellement les unes des autres. Par exemple, les déchets d’une industrie sont les matières premières d’une autre, ce qui permet souvent aux deux partenaires d’économiser de l’argent.

    Lorsqu’elle réussit, la symbiose industrielle peut aider à réduire l’utilisation des matières premières, les coûts et les émissions tout en générant des rendements financiers importants. Cependant, il y a également eu des cas où les parcs éco-industriels n’ont pas fonctionné.

    «Lorsque les parcs éco-industriels ont commencé à connaître le succès, les gens ont pris note et ont commencé à essayer de former leur propre communauté d’entreprises qui échangeaient des sous-produits, mais ces conceptions« à partir de la base »peuvent être aléatoires», a déclaré Layton. “Les raisons sous-jacentes peuvent être nombreuses, peut-être économiques ou si, par exemple, une entreprise fait faillite, tout le système tombe en panne parce qu’ils sont tous connectés.”

    Pour lutter contre ce problème, les chercheurs ont cherché à fournir des lignes directrices sur la meilleure façon de concevoir ces communautés industrielles afin de tirer parti des avantages de la symbiose industrielle tout en évitant les chutes.

    Pour leur analyse, Layton et son équipe ont fait référence à des réseaux trophiques qui sont à la fois résistants aux perturbations et produisent un minimum de déchets. Ces réseaux biologiques sont constitués de multiples chaînes alimentaires reliant prédateurs et proies. Par ailleurs, l’organisation des chaînes interconnectées dans les réseaux trophiques a été largement étudiée au fil des années à l’aide de mesures quantitatives. Parmi les nombreuses mesures, les chercheurs se sont particulièrement intéressés à celle appelée imbrication.

    Cette métrique, qui varie de 0 à 1, reflète l’emplacement où les connexions se produisent au sein des réseaux. Lorsque l’imbrication a des valeurs plus proches de une, il y a une hiérarchie dans les connexions, en d’autres termes, un acteur est connecté à tous les autres acteurs du réseau, un autre acteur est connecté à un sous-ensemble de ceux-ci, et ainsi de suite. Par exemple, une structure fortement imbriquée serait celle où certaines espèces d’abeilles pollinisent une variété de plantes tandis que d’autres abeilles «spécialisées» pollinisent seulement un petit nombre de plantes dans cet ensemble beaucoup plus large. Alternativement, les structures mal imbriquées ont des valeurs plus proches de zéro et tous les acteurs du réseau peuvent être connectés les uns aux autres.

    Mais contrairement aux réseaux trophiques, il a été démontré que de nombreux réseaux industriels ont une faible imbrication. Ainsi, les chercheurs ont testé si l’augmentation de l’imbrication dans les réseaux industriels pouvait favoriser le bénéfice financier et la capacité des industries à se remettre des perturbations.

    Pour leur étude, Layton et son équipe ont inclus neuf industries, dont une usine d’engrais, une usine pharmaceutique et une installation de traitement des eaux usées, qui pourraient participer à cinq types d’échanges à base d’eau. Ensuite, ils ont créé 4000 conceptions de réseau différentes, divisées en 200 conceptions à 20 valeurs d’imbrication différentes.

    Ils ont constaté que lorsque la conception du réseau avait une imbrication élevée, l’utilisation de l’eau douce était moindre et le réseau a survécu à des perturbations imprévues, ce qui s’est finalement traduit par davantage d’économies et de conservation des ressources. Ils ont également constaté que dans des scénarios plus spécifiques, comme lorsque les industries étaient dispersées géographiquement et que les ressources étaient très chères, une imbrication élevée dans les réseaux de l’industrie était encore plus avantageuse.

    Les chercheurs ont noté qu’ils n’ont analysé que les échanges d’eau dans l’étude actuelle et que leurs travaux futurs porteront sur d’autres types d’échanges de ressources et d’impacts environnementaux. Cependant, ils ont déclaré que l’avantage d’une forte imbrication dans les réseaux industriels était également généralisable à d’autres bourses.

    “L’eau est le pire des scénarios par rapport aux autres produits d’échange en termes de coûts d’infrastructure”, a déclaré Layton. «Nos résultats ont identifié des situations où l’imbrication élevée est un avantage, ce qui peut ensuite guider la conception du réseau. Ce travail soutiendra le succès à la fois d’un point de vue économique et d’une perspective de résilience.

    Abheek Chatterjee et Colton Brehm du département de génie mécanique ont également contribué à cette recherche.

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