Un nouveau cadre de recherche équilibre conservation de l'eau et réduction du carbone dans l'industrie chinoise

Un nouveau cadre de recherche développé par des scientifiques chinois aborde le défi crucial d'équilibrer la conservation de l'eau, la réduction des émissions de carbone et la préservation des écosystèmes aquatiques dans le secteur industriel chinois tout en minimisant les coûts. L'approche à double impulsion mécanisme-données combine la modélisation hybride des processus d'utilisation et de traitement de l'eau avec l'optimisation de superstructure pour identifier les voies optimales d'optimisation des réseaux d'eau industriels.

Yuehong Zhao et Hongbin Cao de l'Institut d'ingénierie des procédés de l'Académie chinoise des sciences ont créé ce cadre pour résoudre le problème complexe du nexus eau-carbone-économie auquel fait face l'industrie chinoise. La recherche, détaillée dans l'étude publiée dans Water & Ecology (doi:https://doi.org/10.1016/j.wateco.2025.100003), intègre la compréhension mécanistique des processus hydriques avec des techniques basées sur les données pour améliorer l'interprétabilité et les capacités de généralisation des modèles même avec des ensembles de données d'entraînement limités.

L'approche de modélisation hybride s'appuie sur une compréhension approfondie des processus typiques d'utilisation de l'eau, de traitement des eaux usées et de réutilisation au sein des parcs industriels. En combinant les connaissances mécanistiques avec l'apprentissage automatique et les technologies d'intelligence artificielle, le cadre représente une méthode efficace pour promouvoir les techniques de calcul avancées dans le secteur industriel. Cependant, les chercheurs notent que la théorie et la méthodologie systématiques pour la modélisation hybride restent sous-développées, avec des défis clés incluant la manière de sélectionner les mécanismes appropriés et leurs expressions pour l'intégration avec l'apprentissage automatique.

Le modèle d'optimisation de superstructure construit dans le cadre de ce système englobe les technologies unitaires réalisables, leurs interconnexions et les contraintes pertinentes pour identifier les solutions optimales. Des algorithmes d'optimisation déterministes ont été appliqués pour atteindre des solutions globales optimales avec un coût d'utilisation de l'eau minimal. Dans des études de cas, les chercheurs ont établi une méthodologie d'optimisation multi-échelle pour la conservation de l'eau dans les parcs industriels, conduisant au développement d'outils logiciels pratiques appliqués avec succès dans des entreprises sidérurgiques.

L'efficacité du cadre pour équilibrer les bénéfices économiques et environnementaux a été confirmée par des études de cas. Comme l'explique Zhao, "En résolvant le modèle d'optimisation obtenu, la voie technique optimale pour une conservation simultanée de l'eau et une réduction des émissions de carbone à un coût d'utilisation de l'eau minimal peut être identifiée. Cela fournit des informations précieuses pour soutenir la prise de décision concernant l'optimisation des réseaux d'eau dans les parcs industriels."

La recherche, soutenue par une subvention du programme clé de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (51934006), offre des implications significatives pour la durabilité industrielle. Selon Cao, "Le cadre peut fournir une solution qui équilibre les bénéfices locaux et globaux, ainsi que les bénéfices économiques et les impacts environnementaux." Cette approche représente une avancée cruciale pour relever les défis interconnectés de la pénurie d'eau, des émissions de carbone et de la préservation écologique dans les environnements industriels, pouvant servir de modèle pour des applications similaires dans le monde entier. La recherche originale est disponible à l'adresse https://doi.org/10.1016/j.wateco.2025.100003.