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

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

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

Une partie essentielle de la gestion de toute industrie consiste à identifier les ressources, comme les matières premières, qui sont économiquement viables. Plutôt que de demander à chaque industrie de travailler sur ces détails indépendamment, un parc éco-industriel ou un réseau d'industries partenaires est une tendance émergente. Plus loin, les entreprises appartenant à ces parcs travaillent en symbiose où, un peu 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 d'économiser de l'argent aux deux partenaires.

En cas de succès, la symbiose industrielle peut aider à réduire l'utilisation de matières premières, les coûts et les émissions tout en générant des retours financiers importants. Cependant, il y a également eu des cas où les parcs éco-industriels n'ont pas fonctionné.

« Quand les parcs éco-industriels ont commencé à connaître du 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 zéro » peuvent être aléatoires, " a déclaré Layton. " Les raisons sous-jacentes pourraient être nombreuses, peut-être économique 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 pour tirer parti des avantages de la symbiose industrielle tout en évitant les chutes.

Pour leur analyse, Layton et son équipe ont fait référence aux réseaux trophiques qui sont à la fois résilients 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 ans à l'aide de mesures quantitatives. Parmi les nombreuses mesures, les chercheurs se sont particulièrement intéressés à celui appelé imbrication.

Cette métrique, qui va de 0 à 1, reflète l'emplacement où les connexions se produisent dans les réseaux. Lorsque l'imbrication a des valeurs plus proches de un, 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, etc. Par exemple, une structure fortement imbriquée serait une structure où certaines espèces d'abeilles pollinisent une variété de plantes tandis que d'autres abeilles "spécialistes" ne pollinisent qu'un petit nombre de plantes au sein de cet ensemble beaucoup plus large. Alternativement, les structures mal imbriquées ont des valeurs plus proches de zéro et chaque acteur du réseau peut être connecté les uns aux autres.

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

Pour leur étude, Layton et son équipe comprenaient neuf industries, comprenant une usine d'engrais, une usine pharmaceutique et une station d'épuration, qui pourraient participer à cinq types d'échanges à base d'eau. Prochain, ils ont créé 4000 conceptions de réseau différentes, divisé en 200 conceptions à 20 valeurs d'imbrication différentes.

Ils ont découvert que lorsque la conception du réseau avait une imbrication élevée, l'utilisation d'eau douce était moindre et le réseau a survécu à des perturbations imprévues, ce qui s'est finalement traduit par plus d'économies et de conservation des ressources. Ils ont également trouvé 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 industriels était encore plus avantageuse.

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

« 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 une imbrication élevée est un avantage, 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. »