Rozprawy doktorskie na temat „Analyse de durabilité du cycle de vie”

Un bref historique des systèmes d'éclairage et une présentation des terminologies et usages qui leurs sont associés sont tout d'abord présentés. Ensuite, une analyse systémique des enjeux de l'Anthropocène et de ce qu'ils impliquent pour la transition sociétale présente le contexte de ce travail. Elle met en avant un impératif de sobriété matérielle et énergétique indispensable pour la mitigation des crises climatiques. S'ensuit un premier bilan à propos des apports et des risques relatifs au développement des nouvelles technologies de l'éclairage. La révolution récente des systèmes d'éclairage, qui a vu la technologie LED être largement adoptée, a permis de faire des progrès considérables en termes d'efficacité énergétique pendant la phase d'utilisation et a ainsi participé à réduire les impacts environnementaux ainsi que les coûts associés aux systèmes d'éclairage. Toutefois, malgré des avancées majeures en termes d'efficacité énergétique, de nombreux questionnements sont apparus au sujet des impacts potentiels des systèmes d'éclairage, sur notre environnement, notre santé, notre bien-être et notre productivité qu'ils soient positifs ou négatifs, ne sont pas considérés et ne doivent plus être négligés. Une large étude bibliographique développe chacun de ces impacts, allant des risques photo-biologiques à la pollution lumineuse en passant par différents aspects sociotechniques liés aux usages de l'éclairage. Enfin une étude des différentes méthodes d'analyse d'impacts existantes ou en développement est réalisée afin d'en identifier les avantages et les limites. Alors que l'Analyse de Cycle de Vie (ACV) est probablement l'outil le plus performant et le plus reconnu pour l'étude des impacts des produits et des services, ses évolutions, l'Analyse de Cycle Vie Sociale (ACV-S) et l'Analyse de Soutenabilité du Cycle de Vie (ASCV) sont encore en plein développement et nécessiteront probablement encore quelques années avant d'être uniformément reconnues et utilisées. Différentes études de cas permettent ensuite de discuter des impératifs de durabilité et d'efficacité à travers notamment l'influence des mix électriques sur les résultats et les conclusions de l'ACV des systèmes d'éclairage. Cette première étude introduit le Megalumen.heure maintenu comme unité fonctionnelle et met en évidence différents profils énergétiques ainsi que la présence d'un point de bascule en France qui tend à voire la phase de fabrication contribuer autant, voire plus, aux impacts potentiels que la phase d'utilisation (de façon similaire aux équipements électroniques ou informatiques). Ce constat incite à ne plus miser seulement sur l'efficacité énergétique, et fait de la durabilité des lampes et la gestion de leur fin de vie un paramètre déterminant qu'il est nécessaire de développer. Dans un second temps, une méthode d'analyse du coût du cycle de vie (CCV) confirme cet impératif de durabilité en définissant un optimum économique de durée de vie environ deux fois supérieur à la moyenne des lampes que l'on trouve actuellement sur le marché. Pour finir ce travail se concentre sur une analyse multicritère d'un usage émergent des systèmes d'éclairage : les serres horticoles. Une ACV est tout d'abord réalisée pour évaluer les performances et les impacts de différentes lampes spécifiques à cet usage. [...]
A brief history of lighting systems and a presentation of the terminologies and uses associated with them are presented first. Next, a systemic analysis of the challenges of the Anthropocene and what they imply for societal transition presents the context of this work. It highlights the need for material and energy sobriety, which is essential for mitigating climate crises. This is followed by an initial assessment of the benefits and risks associated with the development of new lighting technologies. The recent revolution in lighting systems, which has seen LED technology widely adopted, has led to considerable progress in terms of energy efficiency during the use phase and has thus helped to reduce the environmental impacts and costs associated with lighting systems. However, despite major advances in energy efficiency, many questions have arisen about the potential impacts of lighting systems on our environment, health, well-being and productivity, both positive and negative, which should not be ignored. A broad bibliographical study develops each of these impacts, ranging from photo-biological risks to light pollution, and including various socio-technical aspects linked to the use of lighting. Finally, a study of the different impact analysis methods in existence or under development is carried out in order to identify their advantages and limitations. While Life Cycle Assessment (LCA) is probably the most effective and recognised tool for studying the impacts of products and services, its evolutions, Social Life Cycle Assessment (S-LCA) and Life Cycle Sustainability Assessment (LCA), are still in the process of being developed and will probably require a few more years before they are uniformly recognised and used. Various case studies then discuss the imperatives of durability and efficiency, notably through the influence of the electricity mix on the results and conclusions of the LCA of lighting systems. This first study introduces the "maintained Megalumen.hour" as a functional unit and highlights different energy profiles as well as the presence of a tipping point in France which tends to see the manufacturing phase contribute as much, or even more, to the potential impacts as the use phase (in a similar way to electronic or computer equipment). This observation encourages us to go beyond energy efficiency and makes the durability and the end of life of lamps a determining parameter that needs to be developed. Secondly, a life cycle cost analysis (LCC) method confirms this durability imperative by defining an economic optimum of life span approximately twice as long as the average lamp currently on the market. Finally, this work focuses on a multi-criteria analysis of an emerging use of lighting systems: horticultural greenhouses. First, an LCA is carried out to evaluate the performance and impacts of different lamps specific to this use. Next, a quantification of light pollution on the walls and outside of the greenhouse highlights the systems that contribute most to nocturnal light pollution and the means to prevent it. Then a return on investment study evaluates the economic performance of the different configurations tested. Finally, a multi-criteria analysis based on the hierarchical analysis process (HPA) was used to determine which lighting systems are the most relevant according to all the above parameters and results. The results indicate that HPS and LED lamps perform best from the point of view of three observers: "environment", "light nuisance" and "economy". Finally, the results are discussed and some recommendations are proposed to improve the uses and practices around lighting

Au regard de la croissance constante de la demande énergétique mondiale et de l'épuisement des ressources fossiles et des problèmes environnementaux, le recours à des sources d'énergie renouvelables est incontournable. La filière biomasse parait une voie prometteuse pour la production d’énergie propre et durable. La production du Gaz Naturel Synthétique (SNG) à partir de biomasse lignocellulosique est en plein essor. L’objectif de ce travail est la comparaison, par le biais d’indicateurs de développement durable, de systèmes de production de SNG à partir des résidus forestiers et des déchets des palmiers dattiers. L’Analyse de Cycle de Vie Emergétique a été choisie comme l’outil le plus judicieux pour cette étude. Elle permet de comparer les deux systèmes afin de déterminer lequel est le plus efficace et le plus durable, et de localiser leurs possibilités d’améliorations environnementales. Les résultats montrent que l'augmentation de la teneur en eau dans le gaz de synthèse peut éviter le dépôt de carbone au cours de la méthanation. Le rendement « Cold Gaz Efficiency » du procédé SNG est de 52%. Les résultats de l'évaluation environnementale montrent de fortes réductions des gaz à effet de serre pour chaque système. La transformité de SNG français est inférieure à celle du SNG tunisien. Par ailleurs, le système tunisien a la plus grande valeur du pourcentage de renouvelabilité et d'indice de durabilité. Le profil environnemental et la durabilité des deux systèmes étudiés peuvent être encore plus intéressants en installant l'unité de SNG à proximité d’oasis ou de forêts. Dans l'ensemble, le SNG devrait contribuer favorablement à l'avenir du mix d'énergie renouvelable
Actually biomass-based energy supply is a promising route for renewable energy system and sustainable development strategy. Methane rich gas from biomass can be obtained from gasification (Synthetic Natural Gas, SNG). SNG is very suitable, as it could be an important energy carrier. It could replace natural gas for electricity generation and heating systems and use the existing gas infrastructure. The main objective of this work is to investigate the syngas methanation, and to compare the environmental performance and sustainability for different SNG production systems. The French system (valorization of forest residue) and the Tunisian system (valorization of date palm waste) are analyzed and compared by using the Emergetic Life Cycle Assessment method. The inventory data are obtained mainly through process simulation by Aspen PlusTM software. The results show that increasing the steam ratio in syngas can avoid the carbon deposit during methanation process. The cold gas efficiency of the SNG process is 52%.The environmental analysis results show that high greenhouse gas savings can be obtained for each system. The transformity of the French SNG is lower than the one of the Tunisian SNG. On the other hand, the Tunisian system has the highest percentage of renewability and index of sustainability. The environmental performance and the sustainability of the two systems can be made even more attractive by installing the SNG production units near forests or oasis. Overall, the SNG is expected to contribute favorably to the future renewable energy system

Au regard de la croissance constante de la demande énergétique mondiale et de l'épuisement des ressources fossiles et des problèmes environnementaux, le recours à des sources d'énergie renouvelables est incontournable. La filière biomasse parait une voie prometteuse pour la production d’énergie propre et durable. La production du Gaz Naturel Synthétique (SNG) à partir de biomasse lignocellulosique est en plein essor. L’objectif de ce travail est la comparaison, par le biais d’indicateurs de développement durable, de systèmes de production de SNG à partir des résidus forestiers et des déchets des palmiers dattiers. L’Analyse de Cycle de Vie Emergétique a été choisie comme l’outil le plus judicieux pour cette étude. Elle permet de comparer les deux systèmes afin de déterminer lequel est le plus efficace et le plus durable, et de localiser leurs possibilités d’améliorations environnementales. Les résultats montrent que l'augmentation de la teneur en eau dans le gaz de synthèse peut éviter le dépôt de carbone au cours de la méthanation. Le rendement « Cold Gaz Efficiency » du procédé SNG est de 52%. Les résultats de l'évaluation environnementale montrent de fortes réductions des gaz à effet de serre pour chaque système. La transformité de SNG français est inférieure à celle du SNG tunisien. Par ailleurs, le système tunisien a la plus grande valeur du pourcentage de renouvelabilité et d'indice de durabilité. Le profil environnemental et la durabilité des deux systèmes étudiés peuvent être encore plus intéressants en installant l'unité de SNG à proximité d’oasis ou de forêts. Dans l'ensemble, le SNG devrait contribuer favorablement à l'avenir du mix d'énergie renouvelable
Actually biomass-based energy supply is a promising route for renewable energy system and sustainable development strategy. Methane rich gas from biomass can be obtained from gasification (Synthetic Natural Gas, SNG). SNG is very suitable, as it could be an important energy carrier. It could replace natural gas for electricity generation and heating systems and use the existing gas infrastructure. The main objective of this work is to investigate the syngas methanation, and to compare the environmental performance and sustainability for different SNG production systems. The French system (valorization of forest residue) and the Tunisian system (valorization of date palm waste) are analyzed and compared by using the Emergetic Life Cycle Assessment method. The inventory data are obtained mainly through process simulation by Aspen PlusTM software. The results show that increasing the steam ratio in syngas can avoid the carbon deposit during methanation process. The cold gas efficiency of the SNG process is 52%.The environmental analysis results show that high greenhouse gas savings can be obtained for each system. The transformity of the French SNG is lower than the one of the Tunisian SNG. On the other hand, the Tunisian system has the highest percentage of renewability and index of sustainability. The environmental performance and the sustainability of the two systems can be made even more attractive by installing the SNG production units near forests or oasis. Overall, the SNG is expected to contribute favorably to the future renewable energy system

La pratique courante de la conception des ouvrages d'art est fortement orientée par la phase de construction. Traditionnellement, la conception des ouvrages consiste à retenir un dimensionnement qui permet d'atteindre un coût initial de construction le plus faible possible tout en respectant des exigences prescrites pour une durée de fonctionnement donnée. Cette approche est aujourd'hui revisitée pour chercher à intégrer tout le cycle de vie de l'ouvrage, c'est-à-dire à considérer toutes les étapes de sa vie depuis la conception jusqu'à la fin de vie en service. En effet, les activités liées au cycle de vie de l'ouvrage durant les phases d'exploitation, de maintenance/réhabilitation, et de fin de vie génèrent des impacts tant sur le plan économique que sur les plans environnementaux et sociétaux, bien plus importants que la simple phase de conception/construction. Chaque option de dimensionnement peut être associée à un cycle de vie différent et donc à des impacts différents. Pour cette raison et dans une approche de développement durable, cette thèse propose d'analyser les ouvrages dans leur cycle de vie selon trois axes : économique, environnemental et sociétal. Pour cela, une famille d'ouvrage particulière a été retenue : les ponts mixtes acier-béton. Une analyse performantielle est également effectuée pour permettre de prendre en compte différents scénarios de maintenance. Finalement, une procédure d'optimisation et une analyse multicritère sont proposées pour évaluer l'ensemble des variantes de conception et permettre d'avoir une vision globale qui aide les maîtres d'ouvrage et les gestionnaires lors de la prise de décision

À l'heure où toute décision stratégique doit être conforme aux principes de la durabilité, l'évaluation des conséquences environnementales, économiques et sociales d'un choix d'ingénierie s'avère nécessaire. Parmi les outils d'évaluation des systèmes et de leurs conséquences, l'analyse de cycle de vie (ACV) dérivée de la pensée cycle de vie s'est imposée comme la méthode la plus adaptée à un tel niveau de décision. Historiquement focalisée sur les impacts environnementaux, l'ACV a naturellement étendue son champ d'évaluation aux aspects économiques, sociaux et d'ingénierie pour devenir une analyse de la durabilité (AdCV) des systèmes. L'AdCV est ainsi en train d'émerger et nécessite des propositions d'améliorations méthodologiques et des applications concrètes pour devenir robuste et applicable. Cette étude présente l'évaluation de la durabilité d'un système dans le contexte de l'agro-industrie oléicole. À cet effet, elle propose une approche intégrée d’évaluation de la durabilité basée sur l’AdCV couplée à la modélisation des processus et des procédés et, l'analyse multicritère pour l'aide à la décision. Une première partie traite des concepts de durabilité, d'ingénierie et d'agro-industrie oléicole à travers une analyse de la littérature scientifique. Dans la deuxième partie, l'approche d'évaluation de la durabilité proposée est décrite, formalisée et implémentée dans la solution logicielle « EcOlive » à l'aide d'outils empruntés à la modélisation des systèmes. Enfin, la troisième partie présente les résultats de l’application de l’approche à l’agro-industrie oléicole en s’appuyant sur un ensemble de données terrain récoltées dans le cadre du projet européen OiLCA
Nowadays, any strategic decision must be in accordance with the sustainability principles. Therefore, companies need to evaluate the consequences of their activities and products onto environment, economy and society. Life cycle assessment (LCA) from Life cycle thinking (LCT) is one of the major environmental impact evaluation methods for product, process or service and the trends is to integrate economic and social aspects to become a life cycle sustainability assessment (LCSA). However, LCSA is still in its infancy and needs methodological proposals to be applicable. This study presents sustainability assessment in the olive oil agro-industrial context. In doing so, a systemic approach based on the coupling between LCSA, enterprise modeling, chemical process modeling and multicriteria analysis is proposed. The approach is then validated by the development of the software solution “ Ecolive ” for sustainability assessment of olive oil production. This application relies on field data collected under the European OiLCA project

Les activités nécessaires pour fournir des services de santé posent plusieurs défis en termes de durabilité. Le secteur de la santé repose sur divers produits, services et installations, notamment des produits jetables, équipements complexes et moyens de transport. Ce domaine a été peu exploré sous l'angle de la durabilité et le niveau de sensibilisation à ce sujet est faible. Les méthodologies basées sur le cycle de vie ont le potentiel de caractériser la durabilité liée au secteur de la santé et à bien d'autres; toutefois, ces méthodes sont principalement - sinon exclusivement - liées à une voie inside-out pour évaluer les impacts. D'un point de vue outside-in, la criticité des ressources a le potentiel de répondre aux préoccupations relatives à la disponibilité des ressources pour le secteur de la santé, en particulier après son intégration dans le cadre de l'évaluation de la durabilité du cycle de vie (LCSA).Une tâche en suspens autour de cette voie méthodologique proposée est d'explorer l'applicabilité et l'état de préparation des approches de risque d'approvisionnement, en particulier la méthode de risque géopolitique d'approvisionnement (GeoPolRisk), proposée pour évaluer les impacts liés aux ressources. Cette recherche fournit et intègre des techniques d'évaluation de la durabilité environnementale dans une perspective de cycle de vie, en particulier sur l'amélioration des indicateurs de criticité en tant que voie d'impact outside-in associée au domaine de protection "Ressources naturelles" dans l'analyse du cycle de vie (ACV); en outre, leur applicabilité est validée par de multiples études de cas, dont l'une fait partie du secteur de la santé.La thèse est divisée en 9 chapitres et suit deux branches: "Durabilité des soins de santé" et "Criticité des ressources dans l'ACV". Le premier chapitre fournit une introduction au manuscrit et présente la question de recherche et les objectifs de la thèse ; il est suivi par l'état de l'art dans le chapitre 2. Le chapitre 3 présente le développement d'un nouveau cadre pour relever les défis de la durabilité dans le secteur de la santé par le biais de la pensée cycle de vie. Les chapitres 4 et 5 proposent et testent des développements méthodologiques pour évaluer le risque d'approvisionnement géopolitique. Ces aspects sont nécessaires pour mieux aborder les impacts liés aux ressources en ACV. Le chapitre 6 présente une évaluation intégrée de la criticité des ressources avec les catégories d'impact environnemental traditionnellement utilisées en ACV. Dans le chapitre 7, la méthode GeoPolRisk est utilisée pour mieux comprendre la pertinence de l'évaluation des impacts outside-in associés à un élément utilisé dans le secteur de la santé. Le chapitre 8 intègre les développements méthodologiques présentées précédemment pour étudier les impacts inside-out et outside-in dans le cadre d'une étude de cas associée à l'imagerie médicale. Enfin, les perspectives de développement sur le terrain sont examinées dans le dernier chapitre du manuscrit.Dans la branche " Durabilité des soins de santé", ce travail contribue à l'élaboration d'un cadre intégré pour soutenir la recherche dans ce domaine et à la première application à une étude de cas dans le secteur de la santé d'une analyse intégrée du cycle de vie intégrant des indicateurs environnementaux et la méthode GeoPolRisk. Dans la branche "Criticité des ressources dans l'ACV", la thése développe de nouvelles approches et propose des améliorations méthodologiques pour faire progresser l'évaluation de l'utilisation des ressources dans l'ACV
The activities required to provide healthcare services bring challenges to environmental sustainability. The sector relies on diverse products, services and facilities, including disposable products, complex equipment and transportation. This domain has not been well explored from a sustainability lens and the level of awareness around healthcare sustainability is low. Life-cycle based methods have the potential to characterize systems related to the healthcare sector and many others; however, these methods are mostly – if not exclusively – related to an inside-out pathway to assess impacts. From an outside-in perspective, there is potential for raw material criticality to assess resource availability in the healthcare sector, especially after the proposal to integrate it into the Life Cycle Sustainability Assessment (LCSA) framework.A pending task around this proposed methodological pathway is to explore the applicability and readiness of supply risk methods, specifically the geopolitical supply risk (GeoPolRisk) method has been proposed to assess resource related impacts. This research provides and integrates methods to assess environmental sustainability from a life cycle perspective with focus on enhancing criticality indicators as an outside-in impact pathway associated with the Area of Protection “Natural Resources” in Life Cycle Assessment (LCA); moreover, their applicability is validated with multiple case studies, being one of those a part of the healthcare sector.The thesis is divided in 9 chapters along two branches: “Healthcare Sustainability” and “Raw Material Criticality in Life Cycle Assessment”. The first chapter provides an introduction to the manuscript and presents the research question and objectives of the thesis; it is followed by the state of the art in chapter 2. Chapter 3 presents the development of a novel framework to help address sustainability challenges in the healthcare sector through life cycle thinking. Chapter 4 and Chapter 5 propose and test methodological enhancements to the geopolitical supply risk method required to better address resource related impacts in life cycle assessment. Chapter 6 presents an integrated assessment taking into account the enhanced method and its relation to more traditionally used environmental impact categories in LCA. In chapter 7, the GeoPolRisk method is used to better understand the relevance of assessing outside-in impacts associated to an element used in the healthcare sector. Chapter 8 integrates the methodological enhancements previously presented to study inside-out and outside-in impacts for a case study associated with medical imaging. Finally, accomplishments and future opportunities for development on the field are discussed as part of the last chapter of the manuscript.Along the branch of “Healthcare Sustainability” this work contributes to the development of an integrated framework to support research in this domain and the first application to a case study in the healthcare sector of an integrated life cycle assessment incorporating environmental indicators and the GeoPolRisk method. Along the branch of “Raw Material Criticality in LCA”, the PhD develops new approaches and proposes methodological enhancements to advance the assessment of resource use in LCA

Alors que la demande de biomasse augmente, l’accès à ces ressources est d’avantage contraint par des évènements socio-économiques, (géo-)politiques ou encore climatiques déstabilisant les chaînes de valeur. Les chaînes de valeur de la bio-économie, par leur structure, peuvent se montrer vulnérables aux ruptures d’approvisionnement. Chaque décision stratégique ayant des implications sur le cycle de vie des produits, les performances environnementales, sociales et économiques (i.e. la durabilité) peuvent s’en voir modifiées. Il est donc nécessaire d’évaluer ces risques d’approvisionnement et leurs impacts sur la durabilité des activités. Pour cela, différentes méthodologies d’évaluation existent : l’Analyse de Durabilité du Cycle de Vie (ADCV) et l’évaluation de la criticité des matières premières. Elles sont très souvent menées au sein des firmes par des personnes différentes, avec des objectifs différents et dans des temporalités différentes. De plus, elles ne sont pas utilisables telles qu’elles et nécessitent d’être adaptées pour évaluer les enjeux de la bio-économie et de la chimie verte.Ces travaux visent à répondre à la question « Comment évaluer la durabilité des produits issus de la bio-économie dans un contexte de variation de la disponibilité et de l’accessibilité des ressources renouvelables issues de la biomasse ? ». En adoptant le point de vue des firmes, cette recherche étudie l’intégration potentielle de l’évaluation de la durabilité du cycle de vie et de la criticité des ressources ligno-cellulosiques dont la demande est en forte croissance avec notamment l’émergence des bioraffineries sous l’impulsion de la chimie verte dans le cadre de la production et l’utilisation de solvants bio-sourcés. Ces derniers reposent sur la transformation de molécules plateformes bio-sourcée et visent à substituer les solvants pétro-sourcés afin d’amorcer la transition vers la bio-économie. La question de la substitution, d’une ressource ligno-cellulosique par une autre dans le cas de cette thèse, est au centre des interrogations puisqu’il s’agit d’une stratégie commune de mitigation des risques d’approvisionnement bien que cette décision puisse également avoir des impacts environnementaux, sociaux et économiques négatifs.La thèse propose une méthode d’évaluation de la criticité spécifiques aux ressources et commodités de la bio-économie, « LignoCrit ». Le développement de LignoCrit, s’appuyant en partie sur des données et résultats de l’ADCV, implique la nécessité d’une structure commune pour intégrer les deux méthodes. Ainsi, l’ADCV a été appliquée au cas d’un solvant bio-sourcé, le 2-Methyl Tétrahydrofurane (2-MeTHF) montrant la prépondérance des procédés chimiques de transformation dans les impacts environnementaux, sociaux et économiques du solvant. Cependant, le choix de la ressource ligno-cellulosique et du pays producteur, pour la production du solvant a un effet notable sur les résultats.Les données et les résultats des différents scénarios de production de 2-MeTHF évalués dans l’ADCV sont ensuite injectés dans la méthode de criticité sur la base des données et résultats obtenus. Ainsi, un score agrégeant les différentes dimensions de la méthode LignoCrit est obtenu pour chaque triplet ressource-process-pays producteur de la molécule plateforme achetée pour la production de 2-MeTHF. Du fait de la nature des indicateurs sélectionnés, cette évaluation est généralisable de multiples triplets ressource-process-pays producteur pour de multiples molécules plateformes.Enfin, ces résultats et leur interprétation peuvent être utilisés pour la mise en place de démarche d’amélioration continue au sein des firmes ainsi que pour leur communication extérieure dans le cadre de SME et de RSE
So demand for biomass is increasing, access to these resources is further constrained by socio-economic, (geo-)political or climatic events that destabilize value chains. Bio-economy structure, bio-economy value chains can be vulnerable to supply to supply disruptions. It is therefore supply risks and their impact on environmental, social and economic on the environmental, social and economic performance (i.e. sustainability) of activities. For this purpose, various assessment methodologies assessment methodologies exist: Life Cycle Sustainability Analysis (LCSA) and raw materials criticality assessment. These are very often carried out within companies by different people, with different objectives and objectives and timeframes. What's more, they cannot be used and need to be adapted to assess the challenges of the bio-economy and bio-economy and green chemistry.This work aims to answer the question "How can the sustainability of products from the bio-economy be assessed in a context of variation in the availability and accessibility of renewable biomass resources?". By adopting the point of view of firms, this research studies the potential integration of life-cycle sustainability assessment and criticality assessment of lignocellulosic resources, whose demand is growing rapidly, notably with the emergence of biofuels. in particular with the emergence of biorefineries driven by the green chemistry the production and use of bio-sourced solvents. The latter are based on the transformation of bio-sourced platforms and aim to substitute petro-sourced solvents in order to the transition to a bio-economy. The question of substituting a lignocellulosic resource by another in the case of this thesis, is central to the is at the heart of these questions, since it is a common strategy for supply risks, although this decision may also have environmental, social and economic have negative environmental, social and economic impacts.The thesis proposes a criticality assessment method specific to the resources and commodities of the bio-economy, "LignoCrit". The development of LignoCrit, based in part on ADCV data and results ADCV, requires a common structure to integrate the two methods. Thus, ADCV was applied to the case of a bio-sourced solvent, 2-Methyl Tetrahydrofuran (2-MeTHF), demonstrating the preponderance of chemical transformation processes in the solvent's social and economic impacts of the solvent. However, the choice of lignocellulosic resource and the country of production, for solvent production has a significant effect on the results.Data and results of the different 2-MeTHF production scenarios evaluated in the ADCV are then injected into the criticality method on the basis of the data and results obtained. Thus, a score aggregating the various dimensions of the LignoCrit method is obtained for each triplet resource-process-producing country of the platform molecule purchased for the production of 2-MeTHF. Due to the nature of the indicators selected, this evaluation is generalizable multiple resource-process-producing country for multiple platform molecules.Last but not least these results and their interpretation can be used to implement continuous continuous improvement initiatives within companies, as well as for external external communication in the context of EMS and CSR

La rareté de l'eau douce de bonne qualité pour l'humanité est un problème qui devient de plus aiguë (d'actualité). Les populations humaines croissantes ainsi que l'augmentation des activités industrielles et agricoles jouent un rôle majeur dans l'épuisement et la pollution des ressources en eau douce. Cette situation devient de plus en plus grave dans des pays disposant de ressources limites d'eau comme l'Arabie Saoudite qui est le plus grand pays au monde sans ressources naturelles d'eau douce. En même temps, l'Arabie saoudite est le troisième plus grand consommateur d'eau par habitant dans le monde. Pour remédier à cette pénurie d'eau douce, différentes technologies de dessalement d'eau de mer sont utilisées actuellement. Malgré plus de trente-deux usines de dessalement, le pays fait face à un défi de taille pour alimenter sa population avec eau en quantité suffisante (nécessaire). Dans ce contexte, en premier lieu, nous présentons un procédé pour produire la quantité requise d'eau, avec un impact minimum sur l'environnement, tout en maintenant sa bonne qualité. En outre, les possibilités pour l'utilisation des énergies alternatives pour réduire l'impact environnemental des besoins de dessalement sont examinées, ainsi que la pertinence des différents types d'énergie alternative qui pourraient être utilisés dans le cas particulier de l'Arabie Saoudite. L'analyse du cycle de vie (ACV) étant une méthode holistique de l'évaluation des impacts environnementaux des produits, a été utilisée pour évaluer l'impact environnemental du processus de dessalement et en identifier les principales raisons de cet impact. A cet effet, une collaboration avec une usine de dessalement en Arabie Saoudite a été mise en place, soldée par de multiples visites sur place. Ces dernières nous ont permis de comprendre le processus de dessalement, recueillir des données nécessaires et considère les possibilités d'introduire des sources d'énergie alternatives pour alimenter l'usine de dessalement. Afin d'évaluer l'impact environnemental du processus de dessalement une ACV basée sur le logiciel SimaPro a été réalisée. Les résultats de l'étude ont montré que le choix le plus pertinent concernant la technologie de dessalement dans le contexte de l'Arabie Saoudite est l'Osmose inverse (RO). Le modèle LCA a également montré que l'électricité produite à partir de combustibles fossiles a été responsable de 92,8% des dommages environnementaux causés. En outre, l'étude a montré, que les solutions les plus appropriées pour approvisionner en électricité la technologie RO de dessalement sont l'énergie solaire et l'énergie éolienne au lieu du pétrole brut fossile actuellement utilisé. L'ACV a montré également que l'utilisation de l'énergie alternative comme source d'énergie au dessalement peut réduire considérablement l'impact environnemental
The scarcity of fresh water with enough (good) quality for human been is a problem which becomes more acute day by day. The increasing human populations along with increasing industrial and agricultural activities are adding more burden towered the depletion and pollution of fresh water resources. This situation becomes more serious in countries with limit water resources as Saudi Arabia which is the largest country in the world without natural fresh water resources. At the same time, Saudi Arabia is the third-largest per capita water consumer worldwide. To overcome the water shortage, sea water desalination technology has been used so far. Despite more than thirty-two desalination plants, the country faces a significant challenge to supply its population with the required amount of water. In this context, in the first place, this thesis presents a method for producing the required amount of water with minimal environmental impact while maintaining the required water quality need to be developed. Further, the possibilities of alternative energy in reducing the environmental impact from desalination needs are investigated, along with the suitability of different types of alternative energy that could be utilized in the particularly case of Saudi Arabia. Life cycle assessment (LCA) being a holistic method of assessing the environmental impacts of products it was used to assess the environmental impact of the desalination process and identifying the main reasons behind this damages. For this purpose, a collaboration with a desalination plant in Saudi Arabia was set up, which included visiting the plant several times. This allowed us to understand the desalination process, collect the required data and consider the possibilities of introducing alternative energy sources to power the desalination plants. In order to assess the environmental impact of the desalination process a LCA based on SimaPro software was performed. The results of the study showed that the most likely choice of desalination technology within the Saudi Arabian context is Reverse Osmosis (RO) desalination. The LCA model showed also that electricity produced from fossil fuel was the responsible of 92.8% of the environmental damages. Further, the most suitable alternatives to produce electricity to RO desalination are solar energy and wind energy instead of fossil crude oil. The LCA showed that using alternative energy as the source to supply electricity to desalination may substantially reduce the environmental impact

La gestion des sites et matériaux délaissés (friches, déchets inertes ou organiques) présente de forts impacts sur l’environnement. Leur utilisation en construction de sol (LORVER), pour cultiver de la biomasse non alimentaire (fibres, énergie), peut en réduire le volume et accroître le recours à des ressources renouvelables sans concurrence avec l’agriculture alimentaire ou la protection de la biodiversité. Cette thèse évalue la durabilité de telles filières grâce à l’Analyse de Cycle de Vie. Elle propose des indicateurs complémentaires de ceux couramment utilisés, notamment pour mieux prendre en compte les spécificités des sites délaissés. Elle préconise de prioriser les impacts à l’aune des frontières planétaires (i.e. le niveau d’impact maximal admissible pour ne pas compromettre les écosystèmes), des impacts moyens sur la zone géographique d’implantation des filières étudiées et de leur création de valeur. La grande diversité des matériaux et de leurs débouchés alternatifs, les paramètres les plus importants sont identifiés en combinant des outils d’analyse des incertitudes et d’analyse de données. Il est démontré que les capacités du sol construit à stabiliser durablement les polluants et le carbone sont des composantes essentielles de sa durabilité. Pour les autres impacts (services écosystémiques, qualité de l’air, ressources), la pertinence de LORVER décroît lorsque la distance parcourue par les matériaux pour construire le sol augmente, mais plus encore si d’autres usages de ces matériaux peuvent réduire la demande en commodités dont la production est polluante. Ces résultats donnent les conditions de la durabilité d’une filière de type LORVER
Marginal materials and lands (brownfields, byproducts, inert wastes), the management of which causes significant environmental impacts, can be valorized through soil construction in order to grow nonfood biomass (e.g. fiber, energy). This may reduce their volume and increase use of renewable resources without direct or indirect competition with food crops or biodiversity. This thesis assesses the sustainability of such supply chains with Life Cycle Assessment (LCA), considered one of the most pertinent existing methods. This thesis introduces indicators complementary to current use, in order to improve LCA’s exhaustivity and its taking into account of marginal lands’ specificities. It prioritizes impacts with respect to planetary boundaries (i.e. maximum impacts levels acceptable to avoid ecosystem disruption), average impacts in studied geographic context and added value of the supply chains. Most of these suggestions are applied to the study of a soil construction process using inert and organic wastes (LORVER). The high diversity of materials and alternative management strategies and the most certain tradeoffs and critical parameters are assessed combining uncertainty and multidimensional analysis tools. Constructed soil’s ability to stabilize carbon and pollutants is demonstrated to be its major condition for sustainability. For other impacts (ecosystem services, air quality, resources), LORVER is even less pertinent when the need for material transportation increases, and more importantly if those materials could have otherwise been used to replace commodities polluting to produce. These results highlight when LORVER can be seen as sustainable

L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) offre un solide cadre scientifique pour réaliser une quantification multicritère des impacts environnementaux des systèmes agricoles. Dans sa forme actuelle, l'ACV ne permet pas de juger si la valeur calculée des impacts environnementaux est compatible avec le développement durable. L'objectif scientifique de ce travail est de participer à la définition du développement durable des exploitations agricoles par la détermination des limites de la durabilité environnementale en développant d'une méthode basée sur des Valeurs de Référence (VR). La détermination et la quantification de ces VR a été faite pour des systèmes de production laitiers en Bretagne (France). Ces valeurs ont été calculées à partir des valeurs d'impact maximale tolérable par les écosystèmes cible (par exemple dans des eaux côtières), elles correspondent aux niveaux d'émissions maximales acceptables des exploitations (par exemple émissions de gaz à effet de serre ou d'azote) pour respecter le Capital Naturel Critique. L'utilisation des VR a permis de dessiner le champ des possibles dans lequel doivent évoluer les exploitations laitières pour s'inscrire dans une logique de développement durable. Dans les méthodes d'analyse environnementale la terminologie employée pour dénommer les VR doit être harmonisée. Les termes proposés dans cette thèse sont VR normatives et VR relatives. L'application des VR à un échantillon d'exploitations laitières en Bretagne montre que la plupart d'entre elles dépassent les VR fixées mais qu'il existe une très grande variabilité en impacts, dont l'analyse et la valorisation sont potentiellement une source de progrès. L'analyse comparative des exploitations vis-à-vis des VR, a permis de déceler des caractéristiques d'exploitations conventionnelles et biologiques qui ont un faible impact sur l'environnement. Cependant, même ces exploitations n'atteignent pas les objectifs environnementaux imposés tout en gardant les objectifs actuels de production. Pour explorer la possibilité de respecter les VR les plus stricts, les variations des rapports impacts environnementaux/production laitière en fonction de la distribution des types de systèmes laitiers et de l'introduction de nouveaux usages des terres ont été simulées grâce à la programmation linéaire. Cette approche au niveau territoriale a conclu qu'une évolution profonde des systèmes de production actuels et du tissu agricole doit être envisagée afin de satisfaire globalement les objectifs environnementaux, et dans cette évolution il faut intégrer xii l'extension de zones non agricoles. L'intégration du contexte local et des attentes sociétales et les attentes des agriculteurs est nécessaire à la poursuite des études sur la durabilité agricole et à la production de propositions de changement applicables sur le terrain.

Le concept de bioraffinerie, développé afin de se substituer aux ressources fossiles, vise à concevoir une grande variété de produits (carburants, matériaux, molécules plateformes pour la chimie fine…) en se basant sur la valorisation de ressources renouvelables telles que la biomasse végétale. La mise en place de bioraffineries doit se baser sur de nouveaux procédés, éco-conçus, afin d'optimiser la performance environnementale de la chaine de transformation de la biomasse. Néanmoins, l'écoconception de procédés émergents peut être complexe en raison des multiples configurations possibles et du manque important de données précises et spécifiques sur ces technologies. L’objectif de ces travaux vise donc à développer une méthode d’évaluation multiindicateurs pour l’éco-conception des procédés agro-industriels et de bioraffineries. La démarche générale consiste à coupler les domaines du Génie des Procédés et de l’Analyse du Cycle de Vie. En effet, la modélisation, à partir de modèles physiques ou semi-empiriques (notamment issus de plans d’expériences) puis la simulation de procédés sont utilisées afin de faciliter la phase de réalisation de l’inventaire du cycle de vie en obtenant des bilans matière et énergie détaillés. Ces bilans peuvent ensuite être utilisés pour effectuer une Analyse du Cycle de Vie prospective du procédé. Par itération, il est ainsi possible de réaliser de la prévision de données et de tester de nombreux jeux de conditions opératoires pour le procédé afin d’optimiser sa performance environnementale, en déterminant les conditions opératoires optimales et les opérations unitaires les plus respectueuses de l’environnement. Cette méthodologie et son outil associé ont été testés sur différents procédés de bioraffinerie,impliquant diverses biomasses : micro-algues, coproduits de culture de blé, bois
The biorefinery concept, developed to face fossil resources dependence, aims to design a wide variety of products (biofuels, materials, chemicals ...) based on the development of renewable resources such as plant biomass. The establishment of biorefineries must be based on ecodesigned processes to optimize the environmental performance of the biomass processing chain. Nevertheless, eco-designing innovative processes can be complex due to multiple configurations and the lack of related specific and reliable data. Thereby, the aim of this research work is to develop a multi-indicator evaluation method for the eco-design of agro-industrial and biorefinery processes. The general approach is based on coupling Process Engineering and Life Cycle Assessment fields. Indeed, process modeling, based on mathematical or semi-empirical models (notably resulting from designs of experiments) and process simulation are applied to facilitate the life cycle inventory step by predicting detailed mass and energy balances. Then these data can be used to perform a prospective Life Cycle Assessment of the process. By iteration, it is possible perform data prediction and to test several operating conditions sets for the process, to enhance its environmental performance, by determining optimal operating conditions and by identifying the most environmentally friendly unit operations. The methodology and its associated tool have been tested on different biorefinery processes, involving various biomasses: micro-algae, wheat coproducts and wood

La méthode de l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) est devenue ces dernières années un outil d’aide à la décision « environnementale » pour évaluer l’impact des produits et des processus associés. La pratique de l’ACV est documentée comme un outil pour l’évaluation d’impacts, la comparaison et la prise de décisions « orientée produit ». L’exploitation d’une telle méthode pour les procédés de l’industrie bio-physico-chimique a gagné récemment en popularité. Il existe de nombreux faisceaux d’amélioration et d’expansion pour sa mise en oeuvre pour l’évaluation des procédés industriels. L’étude s’attache à la production de biocarburant à partir de la plante Jatropha curcas L. selon une approche « attributionelle ». Cette étude présente l’évaluation environnementale d’un agro-procédé et discute de l’opportunité de coupler les concepts, les méthodes et les outils de l’ACV et de l’IPAO (Ingénierie des Procédés Assistés par Ordinateur). Une première partie présente l’ACV appliquée à l’agrochimie. L’état de la littérature apporte des enseignements sur les diverses études qui mettent en évidence le rôle et l’importance de l’ACV pour les produits et les différents agro-procédés. La substitution des carburants classiques par les biocarburants est considérée comme une voie potentielle de substitution aux énergies fossiles. Leur processus se doit d’être évalué au regard de l’impact environnemental et du paradigme du développement durable, en complément des critères classiques, économiques et politiques. La deuxième partie aborde notre étude ACV de la production du biocarburant à partir de la plante Jatropha. Cette évaluation englobe la culture et la récolte en Afrique, l’extraction de l’huile et la phase de production de biocarburants, jusqu’à son utilisation par un moteur à explosion. À cet effet, les normes ISO 14040 et 14044 sont respectées. Basée sur une perspective « midpoint » avec les méthodes de calcul d’impacts, Impact 2002+ et CML, nous fournissons les premiers résultats de la phase d’interprétation (GES, appauvrissement des ressources, la couche d’ozone, l’eutrophisation et l’acidification). Cette étude démontre le potentiel de production de biocarburants de deuxième génération à réduire l’impact environnemental. Dans le même temps, elle révèle que l’unité de transesterification est le plus impactant. Nous identifions les limites de notre application selon une approche ACV « pure ». Dans la troisième partie, nous discutons des bénéfices attendus du couplage de l’ACV et des méthodes de modélisation et de simulation de l’ingénierie des procédés. Nous suggérons alors une amélioration de l’approche environnementale des systèmes de production. Nous fournissons un cadre de travail intégrant les différents points de vue, système, processus et procédé afin d’évaluer les performances environnementales du produit. Un outil logiciel, SimLCA, est développé sur la base de l’environnement Excel et est validé par l’utilisation de la solution ACV SimaPro et du simulateur de procédés Prosim Plus. SimLCA permet un couplage ACV-simulation pour l’évaluation environnementale du système complet de production de biocarburant. Cette intégration multi-niveaux permet une interaction dynamique des données, paramètres et résultats de simulation. Différentes configurations et scénarios sont discutés afin d’étudier l’influence de l’unité fonctionnelle et d’un paramètre de procédé. La quatrième partie établit la conclusion générale et trace les perspectives
With the rise of global warming issues due to the increase of the greenhouse gas emission and more generally with growing importance granted to sustainable development, process system engineering (PSE) has turned to think more and more environmentally. Indeed, the chemical engineer has now taken into account not only the economic criteria of the process, but also its environmental and social performances. On the other hand LCA is a method used to evaluate the potential impacts on the environment of a product, process, or activity throughout its life cycle. The research here focused on coupling of PSE domain with the environmental analysis of agricultural and chemical activities and abatement strategies for agro-processes with the help of computer aided tools and models. Among many approaches, the coupling of PSE and LCA is investigated here because it is viewed as a good instrument to evaluate the environmental performance of different unitary processes and whole process. The coupling can be of different nature depending on the focus of the study. The main objective is to define an innovative LCA based on approach for a deep integration of product, process and system perspectives. We selected a PSE embedded LCA and proposed a framework that would lead to an improved eco-analysis, eco-design and eco-decision of business processes and resulted products for researchers and engineers. In the first place we evaluate biodiesel for environmental analysis with the help of field data, background data and impact methodologies. Through this environmental evaluation, we identify the hotspot in the whole production system. To complement the experimental data this hotspot (i.e. transesterification) is selected for further modeling and simulation. For results validation, we also implement LCA in a dedicated tool (SimaPro) and simulation in a PSE simulation tool (Prosim Plus). Finally we develop a tool (SimLCA) dedicated to the LCA by using PSE tools and methodologies. This development of SimLCA framework can serve as a step forward for determination of sustainability and eco-efficient designing

Faire face au besoin pressant de durabilité à la lumière de l'impact significatif de la modernisation sur l'environnement est crucial. Cette question souligne les menaces croissantes posées par les actions humaines, telles que le changement climatique et la pollution. En réponse, les nations mettent de plus en plus l'accent sur la durabilité en donnant la priorité à la réduction des déchets et à l'adoption de matériaux respectueux de l'environnement dans les processus de construction et de production. Dans le cadre de ces efforts, cette thèse vise à explorer la revalorisation (2ème valorisation) des sédiments de dragage en tant que matériau de construction routière, en étudiant sa pertinence technique et son impact environnemental grâce à une évaluation du cycle de vie (ACV). Elle examine également l'utilisation des sédiments en tant que matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) et compare leur performance environnementale à celle des matériaux traditionnels. L'étude évalue la faisabilité de la revalorisation des sédiments de dragage, en mettant l'accent sur une approche en circuit fermé pour leur utilisation circulaire. Elle évalue diverses propriétés physiques, mécaniques et chimiques de la revalorisation des matériaux en les comparant à la valorisation des sédiments bruts (1ère valorisation), et réalise une ACV en comparant la revalorisation des sédiments à l'utilisation de différents types d'agrégats vierges pour la construction de nouvelles routes. De plus, l'étude mène une ACV complète en comparant les sédiments de dragage séchés et broyés (DGS) aux sédiments de dragage calcinés à la volée (FCS) en tant que substituts du ciment Portland ordinaire, en tenant compte des différentes différences de performance quantitatives et qualitatives
Addressing the pressing need for sustainability in light of modernization's significant impact on the environment is crucial. This issue underscores the escalating threats posed by human actions, such as climate change and pollution. In response, nations are increasingly emphasizing sustainability by placing a priority on waste reduction and the adoption of eco-friendly materials in construction and production processes. In light of these efforts, this thesis aims to explore the revalorization (2nd valorization) of dredged sediments as a road construction material, studying its technical suitability and environmental impact through Life Cycle Assessment (LCA). It also examines using sediments as supplementary cementitious materials (SCMs) and compares their environmental performance to traditional materials. The study evaluates the feasibility of revalorizing dredged sediments, emphasizing a closed-loop approach for their circular use. It assesses various physical, mechanical and chemical properties of the material revalorization comparing it to raw sediments 1st valorization, and conduct a LCA and comparing sediments revalorization with different virgin aggregates types for the usage in new road construction. Additionally, the study conducts a comprehensive LCA comparing dried ground sediments (DGS) to flash-calcined sediments (FCS) as substitutes for ordinary Portland cement, considering the different quantitative and qualitative performance differences

Après la crise économique en 2008, l’activité de construction en France a connu une croissance très rapide. La hausse de la demande des matériaux de construction était accompagnée d’une augmentation des quantités de déchets de construction et de CO2 émise. En 2018, l’émission de CO2 liée aux activités humaines a atteint un niveau historique mondial de 37.1 milliards de tonnes. Ceci encourage le développement des matériaux de construction qui répondent aux besoins mutants de la société d’aujourd’hui et de demain. Les géopolymères, préparés par activation alcaline, présentent une opportunité pour produire des nouveaux matériaux plus performants et respectueux de l’environnement dans le secteur de la construction. D’autre part, l’industrialisation et la robotisation font apparition dans le secteur de la construction, avec des nombreux avantages tels que l’augmentation de la productivité, la réduction des gaspillages, du coût et de la pénibilité du travail, ainsi que l’amélioration de la qualité et la sécurité.Ce travail de recherche est mené pour répondre à ces défis et verrous scientifiques. Il est réparti selon trois axes : l’élaboration de nouvelles formulations de briques géopolymères, l’intégration des matériaux géopolymères dans le processus d’industrialisation et de robotisation de la construction, et enfin l’évaluation de l’impact environnemental et économique du nouveau système de fabrication automatisé
After the economic crisis in 2008, construction activity in France grew rapidly. The increase in demand for building materials was accompanied by an increase in the quantities of construction waste and emitted CO2. In 2018, CO2 emissions from human activities reached a world historic level of 37.1 billion tons. This encourages the development of building materials that meet the changing needs of today's and tomorrow's society. Geopolymers, prepared by alkaline activation, present an opportunity to produce new, more efficient and environment-friendly materials in the construction sector. On the other hand, industrialization and robotization are emerging in the construction sector, with many benefits such as increased productivity, reduced waste, cost and arduous work, as well as improved quality and safety.This doctoral thesis is being conducted to address these scientific challenges and issues. These are divided into three research directions: the development of new geopolymer brick formulations, the integration of geopolymer materials into the industrialization and robotization of construction processes, and finally the environmental and economic assessment of the new automated manufacturing system

Alors que nous faisons face à une crise biologique majeure, acteurs institutionnel et ONGs exhortent les entreprises à s’engager pour enrayer cette érosion écologique. L’objectif de la thèse est d’analyser, évaluer et faire évoluer la contribution potentielle des entreprises à la conservation de la biodiversité dans le cadre de leur responsabilité sociétale (RSE).Un cadre d’analyse est développé pour évaluer la prise en charge par une entreprise de ses responsabilités écologiques en termes de moyens – les initiatives RSE a priori favorables à la biodiversité mises en œuvre – et de résultats – la compatibilité des activités de l’entreprise avec la conservation de la biodiversité. Après avoir caractérisé les initiatives RSE à partir de l’étude d’engagements d’entreprises endossés comme contributions à la Stratégie nationale pour la biodiversité, une méthode est proposée pour détecter si les activités d’une entreprise sont écologiquement non-durables. Le postulat est que le respect des capacités de charge des écosystèmes est un prérequis à la conservation effective de la biodiversité. Cette méthode, adaptée de l’évaluation environnementale absolue de la durabilité, est appliquée, dans le cadre de deux projets de recherche-intervention, au portfolio alimentaire du Groupe Casino et au cycle de vie de deux installations de stockage de déchets dangereux de SARP Industries. Des orientations stratégiques visant à éviter-réduire-compenser les pressions non durables sont proposées. Soulignant l’importance de renforcer la prise en charge des pressions étendues, cette thèse ouvre plus largement des perspectives pour les secteurs d’activité et les politiques publiques
As we are experiencing a major biological crisis, institutional actors and NGOs are calling on businesses to engage efforts aiming at halting biodiversity loss. The objective of the thesis is to analyze and evaluate the potential contribution of corporate social responsibility (CSR) to biodiversity conservation.A framework is developed to analyze to which extent a company takes in charge its ecological responsibilities. After characterizing CSR initiatives based on the case study of business commitments to contribute to the French National Biodiversity Strategy, a method is proposed to test whether business activities exert unsustainable pressures on ecosystems. It is assumed that compatibility with ecosystems’ carrying capacities is a prerequisite for effective biodiversity conservation. This method, adapted from the “absolute environmental sustainability assessment” (AESA) approach, is applied in the context of research-intervention projects to the food portfolio of the mass-market retailer Groupe Casino and to the life cycle of two facilities of SARP Industrie specialized in the disposal and storage of hazardous waste. The comparison of the company’s environmental footprints with the ecological constraints is used to draw a comprehensive strategy based on the mitigation hierarchy. As our results highlight the opportunity to strengthen the management of extended pressures through CSR, possible implications for sectors and public policies are discussed

L’analyse de cycle de vie (ACV) est une méthode standardisée d’évaluation des impacts environnementaux d’un produit qui est définie par les référentiels ISO 14040:2006 et ISO14044:2006. Elle permet de calculer l’empreinte environnementale d’un produit sur l’ensemble des différentes étapes de son cycle de vie (extraction de matière première, fabrication, transport, usage et fin de vie) sur un ensemble d’indicateurs représentatifs des problématiques environnementales du produit (changement climatique, ressources naturelles, ozone, toxicité, écotoxicité). La réalisation d’une analyse de cycle de vie (ACV) nécessite le traitement, le calcul et l’analyse de nombreuses informations. L’utilisation d’un logiciel d’ACV facilite ces différentes phases, en garantissant transparence et traçabilité. Ce mémoire présente un état d’art des outils et méthodes disponibles pour la réalisation d’une ACV sur la base des principes de la série ISO14040. SimaPro, l’un des principaux logiciels commerciaux mis à la disposition des praticiens de l’ACV, est présenté en détail à travers une étude de cas, afin d’explorer les différentes fonctions de base , les bases de données et les méthodes de calcul d’impact mises à disposition avec le logiciel .Mots-clés : ACV, empreinte environnementale, bases de données, SimaPro.
Life cycle assessment (LCA) is a standardized method for assessing the environmental impacts of a product, which is defined by the ISO 14040: 2006 and ISO 14044: 2006standards. It is a recognized approach for assessing the environmental impact of products across their entire life cycle from raw materials extraction through manufacturing, transportation, usage and disposal based on a set of indicators representative of environmental issues of the product (climate change, natural resources, ozone, toxicity, ecotoxicity). Performing a life cycle assessment requires processing, calculating and analyzing a lot of information. The use of LCA software facilitates these different phases and assures transparency and traceability. This thesis presents a state of the art of the tools and methods available for carrying out an LCA based on the principles of the ISO14040 series. SimaPro, one of the main commercial software available for LCA practitioners, is presented in detail through a case study, in order to explore the different basic functions, databases and the impact calculation methods made available with the software. Keywords: LCA, environmental footprint, databases, SimaPro.

La construction et la réhabilitation des bâtiments et des quartiers induisent des dommages environnementaux de nature diverse (consommation de ressources, émissions de substances toxiques, atteintes aux écosystèmes). De plus, ces impacts peuvent être générés de manière indirecte (déchets radioactifs produits par la consommation d’électricité par exemple). D’où l’importance d’une approche d’évaluation environnementale holistique et multicritère. L’analyse de cycle de vie (ACV) correspond à ce cahier des charges. Cette méthode a été appliquée pour évaluer la contribution d’un bâtiment ou d’un quartier à un ensemble de thématiques environnementales (au contraire d’un outil monocritère comme le bilan carbone) et ce sur l’intégralité du cycle de vie : fabrication des matériaux, construction, utilisation, rénovation, démolition et traitement des déchets. Cette méthode peut être utilisée à différente étapes d’un projet : définition d’objectifs de programme, aide à la conception, aide à la gestion, aide à la rénovation, aide à la stratégie de déconstruction.Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’application de l’ACV à l’éco-conception des ensembles bâtis, de la maison individuelle jusqu’au quartier multifonctionnel. L’objectif est d’améliorer la qualité de l’aide à la décision fournie par les outils d’éco-conception en matière de réalisme et de précision des études.Trois axes de travail en interaction ont été explorés :- Conséquentiel : Quels apports conceptuels et pratiques peut-on mettre en œuvre sur la base des recherches sur l’ACV conséquentielle ?- Dynamique : Comment intégrer les interactions dynamiques entre le parc bâti et son système d’arrière plan, en particulier le système électrique?- Prospectif : Comment tenir compte de la longue durée de vie des ensembles bâtis ?La thèse propose premièrement un nouveau cadre conceptuel pour l’évaluation des projets de conception et de réhabilitation s’inspirant des récents travaux méthodologiques sur l’ACV conséquentielle. L’application pratique de cette nouvelle approche « conséquentielle-projet » nécessite la production de connaissances mobilisant l’ACV dynamique et l’ACV prospective.Concrètement, la thèse propose une modélisation dynamique du fonctionnement du système électrique dans un cadre « type » affranchi des aléas climatiques et économiques. Le modèle sert de base au développement de méthodes d’évaluation originales des impacts de l’électricité : une méthode dynamique moyenne et une méthode marginale. Ces méthodes améliorent la précision d’une étude d’analyse de cycle de vie, quel que soit l’objectif (certification ou écoconception) et l’approche méthodologique associée (attributionnelle ou conséquentielle-projet).La thèse propose ensuite l’intégration de scénarios prospectifs adaptés à l’étude des bâtiments et des quartiers. Celle-ci associe les recherches en prospective énergétique menées à l’échelle nationale et les recherches concernant l’impact du changement climatique sur le comportement thermique des bâtiments. Les effets conjoints de ces deux déterminants sont évalués au sein d’une approche originale et intégrée.La thèse explore également la question du changement d’échelle du bâtiment vers le quartier. Les cas du transport des occupants et du traitement des déchets sont analysés au prisme de l’approche « conséquentielle-projet ». Une méthodologie de couplage des outils de simulation transport au niveau local et de l’ACV est notamment proposée. Elle constitue un premier pas vers un couplage interdisciplinaire des outils d’analyse des projets urbains.Les différents développements méthodologiques sont finalement appliqués à une étude de cas afin d’analyser et d’interpréter l’effet des nouvelles approches sur l’aide à la décision fournie par les outils d’écoconception
Environmental impacts induced by urban projects concern various topics (resources, health, biodiversity). Some are indirect impacts (for instance radioactive waste generated by electricity consumption). This calls for a holistic and multicriteria approach such as Life-Cycle-Analysis (LCA) in order to evaluate environmental performance of construction or retrofitting projects. Considering cradle to grave impacts this method is used at different project phases: program objectives, design aid, management strategies evaluation, retrofitting project, dismantling, and waste management.The thesis lies in the framework of life-cycle analysis applied to urban project design, from individual houses up to multifunctional neighborhoods. The underlying objective is to improve relevance and accuracy of the decision aid provided by LCA-based design tools.Three interacting topics have been investigated:- Consequential assessment: How can the results of current research on consequential LCA be implemented in Building LCA?- Dynamic: How to integrate dynamic interaction between buildings and the background system, mainly the electricity grid?- Prospective: How to take into account the long life span of buildings and urban districts?The dissertation firstly suggests a new framework for evaluating construction or retrofitting project, grounded in consequential LCA. The practical application of this consequential-project approach requires knowledge generation on dynamic and prospective LCA.A dynamic model of the electricity system has been developed. From this model, a reference operation year of the electricity system has been determined, mitigating climatic and economical hazards of real years. Based on this model, a dynamic average approach and a marginal approach are defined to assess life-cycle impacts of electricity consumption. These developments improve the accuracy of LCA independently of the chosen modeling approach, consequential or attributional.The prospective dimension is explored, through scenarios development. The suggested scenarios bring together national energy prospective research and global warming effects on buildings thermal behavior. The combined effects are evaluated using a novel and integrated approach.The thesis then addresses the scale issue when moving from building to district projects. Following the consequential-project approach principles, the focus is made on integrating daily transport and domestic waste models in LCA of urban projects. A method to combine local transport simulation models and building LCA is suggested. It establishes a first step towards integrated multidisciplinary assessment of urban projects.The developed approaches and methodologies are finally tested on a case study

La méthode d'analyse du cycle de vie est normalisée à un niveau général. Pourtant, il n'existe pas de règles établies pour réaliser une analyse de cycle de vie en détail pour les sources de lumière. Par conséquent, il est impossible de comparer directement les résultats qui proviennent généralement d'analyses différentes. En outre, le nombre de sources lumineuses, en particulier des lampes et luminaires à LED, augmente sur le marché. Ainsi, il serait utile d'évaluer des sources de lumière de façon similaire. Ce travail aborde le problème en présentant deux modèles, l'un simple et l'autre étendu, afin d'effectuer une analyse du cycle de vie des sources lumineuses rapidement et en toute transparence. Les modèles sont développés sur la base de quatre études de cas présentées dans la thèse et l'examen des analyses du cycle de vie trouvées dans la littérature. Des résultats similaires ont été trouvés dans les études de cas et l'examen des analyses de cycle de vie antérieures malgré les différences dans les méthodes, et les champs de l'étude. De tous les impacts environnementaux du cycle de vie, c'est la consommation d'énergie durant la phase d'utilisation qui prédomine. Il a été constaté que les impacts environnementaux sont corrélés à la durée de vie de la source lumineuse ainsi que la source d'énergie utilisée. La phase d'utilisation prédomine le plus clairement sur les impacts en cas de faible efficacité lumineuse et fabrication simple. L'importance de la fabrication devrait augmenter par l'analyse plus détaillée. Les impacts moyens des autres étapes du cycle de vie, tels que les transports et la fin de vie, sont pratiquement négligeables
The life cycle assessment method is standardized on a general level, but no established rules exist for conducting a life cycle assessment of light sources in detail. In most cases, it is impossible to directly compare the results of different assessments. Because of the major changes in the lighting market, it is useful to assess the environmental impacts of various light sources in similar methods. The work addresses this problem by presenting two models, a simple and an extensive one, for conducting the life cycle assessment of light sources rapidly and in a transparent, comparative way. The models are developed on the basis of four case studies presented in the work and a review to the life cycle assessment found in the literature. The case studies and the review of the previous life cycle assessments concluded similar findings despite the differences in the methods, scopes and evaluated light sources. The main conclusion of the life cycle assessments was the clear dominance of the use stage energy consumption. The environmental impacts of the use were found to be sensitive to the life of the light source and the used energy source. The dominance of the use stage was the clearest in light sources of low luminous efficacy and low manufacturing efforts and when using high-emission energy sources. The importance of the manufacturing is estimated to increase by a more detailed assessment of the manufacturing processes. The average environmental impacts of other life cycle stages, such as transport and end-of-life, were found practically negligible, but possibly notable in a certain environmental impact category

Considéré comme vecteur énergétique du futur, l'hydrogène semble être la solution miracle pour sortir de la crise énergétique et environnementale actuelle. Ceci peut être vrai à condition de résoudre tous les problèmes inhérents à son cycle de vie (production, distribution, stockage et utilisation). Face aux nombreux impacts environnementaux générés au cours de la production d’hydrogène, la complexité de leur évaluation et les éventuelles interactions entre eux, le recours à des méthodes d’évaluation environnementale semble nécessaire. Ainsi, l’Analyse de Cycle de Vie Exergétique (ACVE) a été choisie comme l’outil le plus intéressant pour l’étude des scénarios de production d’hydrogène. Elle va, d’une part, comparer des systèmes de production d’hydrogène dans le but de déterminer lequel est le plus éco-efficace et, d’autre part, localiser leurs possibilités d’amélioration environnementale. Huit scénarios de production d’hydrogène ont été étudiés par cette approche ACVE. Ces scénarios se basent essentiellement sur des techniques de reformage du méthane fossile, du biométhane et du bioéthanol. Les résultats obtenus montrent que les scénarios de production d’hydrogène à partir du méthane fossile, technique mûre et largement utilisée, sont les plus gros consommateurs de ressources abiotiques et les plus émetteurs de gaz à effet de serre (GES). Par contre, le recours au biométhane comme source d’hydrogène peut présenter, dans certaines configurations, une bonne solution. Le profil environnemental d’une filière hydrogène ex-biométhane peut encore être rendu plus attrayant par amélioration du système de digestion anaérobie avec un système de reformage sur site. Le recours au bioéthanol produit à partir du blé comme source d’hydrogène présente des effets néfastes sur l’environnement. En effet, ces procédés sont caractérisés par de grands pouvoirs d’eutrophisation et d’acidification en plus de leurs émissions importantes des gaz effet de serre (GES). Toutefois, le bioéthanol peut constituer une source durable et renouvelable pour la production d’hydrogène si sa production ne nuit pas à l’environnement
Considered as the future energy carrier, hydrogen appears to be the miracle solution to overcome the current energy crisis and environmental problems. This can be possible only by solving all the problems associated with its life cycle (production, distribution, storage and final use).Due to the large number of environmental impacts generated during hydrogen production, the complexity of their evaluation and the possible interactions among them the use of environmental assessment methods is necessary. The Exergetic Life Cycle Assessment (ELCA) approach was chosen as the most useful tool for hydrogen production scenarios investigation. It compares hydrogen production systems in order to identify which one is more eco-efficient and recognizes their opportunities for environmental improvement. Eight scenarios for hydrogen production were studied by the ELCA approach. These scenarios are essentially based on reforming techniques of fossil methane, biomethane and bioethanol. The results show that the hydrogen produced by fossil methane scenarios, a mature and widely used technique, are the largest consumers of abiotic resources and emitters of greenhouse gases (GHG). The use of biomethane as hydrogen source presents an interesting solution. The environmental profile of a hydrogen ex-bio-methane can be made even more attractive solution by improving anaerobic digestion system with on-site reforming process. The use of bio-ethanol produced from wheat as a hydrogen source has large environmental impacts. In fact, these processes are characterized by large eutrophication and acidification potentials in addition to their emissions of large amount of greenhouse gases (GHG). However, bio-ethanol can be a sustainable and renewable source for hydrogen production on condition that it is produced by environmentally friendly manners

Les systèmes de cogénération connaissent un regain d'intérêt. Leur développement exige une évaluation globale de l'impact sur l'environnement de l'ensemble du couple carburant - système de cogénération. La présente étude adapte et utilise la méthodologie ACV pour réaliser cette évaluation, avec pour objectif de fournir un outil d'aide à la décision dans le• choix des installations énergétiques. Nous avons élaboré un outil EXCEL qui permet une quantification des impacts environnementaux, adaptable aux conditions de toute situation concrète. Les résultats sont proposés sous forme d'éco profils et nous avons développé l'analyse jusqu'à l'évaluation globale par l'utilisation de la méthode ELECTRE IS, ce qui a nécessité la réalisation d'un programme informatique. Différentes configurations de cogénération ont enfin fait l'objet d'applications numériques au titre de la validation de la méthode
The cogeneration systems are knowing an increase interest. Their development needs a global evaluation of the environmental impact of the fuel - co generation system. The present work adapts and uses the methodology of the Life Cycle Assessment (LCA) to realize this evaluation, having like a but to create a help instrument for taking decisions of choosing the energetically installations. We have elaborated an EXCEL calculation model, which permits the environment quantification impacts and is also adaptable at the numerical dates which are characteristic for all the concrete situations. The results are presented like ecoprofiles and we have developed the global analyze evaluation using the ELECTRA IS multicriteria method which means that the software was necessary to be created. For the numerical application different cogeneration systems configurations has been used, having a unique but, the method validation

L’écologie comparative a mis en évidence des associations récurrentes entre les traits fonctionnels des plantes et leur environnement. Ces relations peuvent varier selon le niveau d’organisation considéré – au sein des espèces, entre les espèces, et entre groupes d’espèces –, mais cette dépendance demeure peu étudiée. Une distinction fondamentale dans les théories de l’histoire de vie est effectuée entre espèces annuelles (réalisant leur cycle de vie en une année) et pérennes (cycle de vie sur plus d’une année, avec généralement plusieurs événements de reproduction). Les annuelles et les pérennes herbacées diffèrent quant à leur fonctionnement (vitesse de croissance, investissement dans la production de graines, allocation aux racines, etc.). Cependant, bien qu’elles coexistent fréquemment, peu d’études considèrent les potentielles différences dans les relations traits-environnements entre ces deux groupes. L’objectif de cette thèse est de comprendre les spécificités des variations des traits des plantes annuelles en fonction de la disponibilité en ressources du milieu, à partir de mesures in situ et en jardin commun.Nous avons étudié des communautés de parcours ovins des Grands Causses, où annuelles et pérennes coexistent dans deux conditions environnementales contrastées : i) fertilisation et forte perturbation, et ii) sol pauvre et perturbation mois intense. Nous montrons que les variations des traits liés à la vitesse de croissance et à la densité des tissus foliaires sont plus faibles chez les annuelles que chez les pérennes. Ceci s’explique par (a) un remplacement d’espèces plus élevé chez les pérennes, et (b) la présence d’espèces présentant de plus grandes différences de valeurs de traits entre environnements chez les pérennes. Les variations intraspécifiques sont identiques entre les deux groupes d’espèces. Les mesures effectuées au cours de de ce premier volet ont permis de compléter une base de données de traits en cours de développement. A cette occasion, j’ai contribué à la structuration de cette base par un travail de gestion des données, visant à proposer des modalités de partage des données de traits fonctionnels et des variables environnementales associées ; une synthèse de ce travail est proposée. Dans un second temps, nous avons analysé la variabilité intraspécifique chez les annuelles de ces communautés, afin de tester son origine (génétique ou plastique), d’identifier les traits les plus variables en réponse à la fertilisation, et de comparer cette variabilité entre espèces. Trente populations ont été cultivées en jardin commun, avec une fertilisation faible ou élevée. Les résultats indiquent que i) les variations de traits observées in situ sont vraisemblablement d’origine plastique ; ii) la plasticité est faible sur les traits morphologiques des feuilles et des racines, mais forte sur l’allocation de la biomasse et la teneur en azote ; iii) les espèces préférentes pour des milieux riches en nutriments sont plus plastiques sur leur teneur en azote.Enfin, un travail de revue de la littérature a été engagé de manière à déterminer quels traits sont déterminants pour les herbacées annuelles et pérennes, en raisonnant sur les composantes de la démographie (reproduction, croissance, survie), dont l’importance diffère selon le cycle de vie. Nous proposons un article d’opinion visant à proposer comment mieux intégrer le cycle de vie et les trait morpho-physio-phénologiques communément mesurés.Cette thèse propose une étude des relations entre traits fonctionnels et environnement à différents niveaux d’organisation : entre cycles de vie, entre espèces, et au sein des espèces. Elle met en évidence que les relations trait-environnement peuvent varier entre ces niveaux, s’inscrivant dans un regain d’intérêt pour la prise en compte de la dépendance au contexte en écologie comparative
Comparative ecology has highlighted recurring associations between plant functional traits and their environment. These relationships may vary depending on the level of organization considered – within species, between species, and among groups of species – but this dependency remains poorly studied. A fundamental distinction in life history theories is made between annual species (completing their life cycle in one year) and perennial species (life cycle over more than one year, usually with multiple reproductive events). Annual and perennial herbaceous plants differ in their functioning (growth rate, investment in seed production, allocation to roots, etc.). However, despite their frequent coexistence, few studies have considered potential differences in trait-environment relationships between these two groups. The objective of this thesis is to understand the specific variations in the traits of annual plants depending on resource availability, based on in situ measurements and in a common garden setting.We studied herbaceous communities in the Grands Causses, where annuals and perennials coexist in two contrasting environmental conditions: i) fertilization and high disturbance, and ii) poor soil and less intense disturbance. We show that variations in traits related to growth rate and leaf tissue density are lower in annuals than in perennials. This is explained by (a) a higher species turnover in perennials, and (b) the presence of species with larger differences in trait values between environments in perennials. Intraspecific variations are identical between the two groups of species. Measurements made during this first part were used to complete a trait database under development. On this occasion, I contributed to the structuring of this database through data management work, aiming to propose modalities for sharing functional trait data and associated environmental variables; a synthesis of this work is proposed.Secondly, we analyzed intraspecific variability in annuals from these communities, in order to test its origin (genetic or plastic), to identify the most variable traits in response to fertilization, and to compare this variability between species. Thirty populations were grown in a common garden, with low or high fertilization. The results indicate that i) the observed trait variations in situ are likely of plastic origin; ii) plasticity is low in morphological leaf and root traits but high in biomass allocation and nitrogen content; iii) species preferring nutrient-rich environments are more plastic in their nitrogen content.Finally, a literature review was undertaken to determine which traits are determinant for annual and perennial herbaceous plants, reasoning on demographic components (reproduction, growth, survival), the importance of which differs according to the life cycle. We propose an opinion article aiming to better integrate life cycle and commonly measured morpho-physio-phenological traits.This thesis proposes a study of the relationships between functional traits and the environment at different levels of organization: between life cycles, between species, and within species. It highlights that trait-environment relationships can vary between these levels, fitting into a renewed interest in context dependency in comparative ecology

L’utilisation croissante du vocable de la transition dans le débat public contribue à l’émergence de nouvelles méthodes de recherche dont les géographes commencent à se saisir. La transition invite à réfléchir dans un cadre d’action nouveau. Appliquée au domaine des énergies, elle rencontre le géographe dans ses interprétations des dynamiques spatiales. Ce cadre spatio-temporel inédit, où sont introduites les notions de territorialisation de l’énergie et de réversibilité, constitue une opportunité pour le géographe de penser ces enjeux nouveaux selon des approches du couple espace-temps réinterprétées. Dans ce contexte, la thèse vise à comprendre et à analyser les mécanismes socio-spatiaux mis à l’épreuve par le développement des énergies renouvelables, et plus particulièrement des éoliennes. La spécificité de la démarche réside dans une traduction géographique de l’Analyse de Cycle de Vie. Pour ce faire, la thèse réinvestit le concept de paysage dans son interprétation dynamique. Cependant, l’analyse de cycle de vie nous invite à repenser la dynamique paysagère selon la notion d’événement. La thèse interroge l’arrivée d’un projet éolien comme un événement et s’intéresse à ses modes de surgissement, les déstabilisations socio-spatiales induites et les mécanismes de régulation entrepris par les individus. L’objectif de la recherche est d’expérimenter la conduite d’une Analyse sociale de Cycle de Vie des représentations paysagères de l’éolien. L’ambition se voit confrontée à une contrainte majeure, celle du temps. Le temps imparti de la thèse rencontre les temps politiques et les temps de l’expérience. Événements construits ou événement subis, ils impactent différemment les représentations socio-spatiales selon des échelles de temps variables. L’intention d’une recherche diachronique nous enjoint à réfléchir aux enjeux épistémologiques et méthodologiques stimulants de l’élaboration d‘un corpus particulier où peuvent être analysées conjointement des données de natures et de sources diverses. L’analyse est menée sur les discours et particulièrement sur les références spatiales et les sensibilités des individus face à l’arrivée d’éoliennes sur un territoire. La thèse retrace les étapes des cycles de vie de l’événement-éolien traduites et interprétées selon les contextes de terrains
The increasing use of the transition terms in the public debate contributes to the emergence of new research methods whom geographers begin to apprehend. Transition invites to consider a new action framework. In the matter of energy domain, the transition concept involves geographers in their socio-spatial interpretations. This new spatiotemporal frame, where are introduced the notions of territorialisation of the energy and the reversibility, provides an opportunity to consider these issues from a reinterpretation of the space-time couple. In this context, the thesis aims in understanding and analyzing of socio-spatial mechanisms tested by the renewable energies development, especially wind turbines. The specificity of this approach may be a geographical rendition of the Life Cycle Assessment method. For this purpose, the thesis requires the concept of landscape in its dynamic meaning. However, the life cycle assessment invites us to reshape the idea of landscape dynamics according to the notion of event. The thesis explores the arrival of a wind turbines project as an event and it focus on its sudden emergence, the induced socio-spatial destabilizations and the individual and social adaptations. The purpose of this research is to investigate a Social Life Cycle Assessment of the landscape representations of the wind energy. This ambition faces a time constraint. The allowed time of a PhD thesis faces political times and the times of the experience. Created events or suffered events impact the socio-spatial representations differently and over various timescales. Considering a diachronic study brings about rethinking the epistemological and methodological issues raised by a corpus which gathers several types of data, from different sources and which would be analyzed together. The analysis is led on discourses and especially on spatial textual references along with the individual sensibilities revealed when a wind turbines project is initiated on territory. The thesis tracks the life cycle steps of windpower-events that we interpret according to the socio-spatial context of the study terrains

L’Analyse du Cycle de Vie (ACV) est un cadre méthodologique pour évaluer les impacts environnementaux d'un produit, d’un service ou d’un système tout au long de son cycle de vie: depuis l'extraction des matières premières, jusqu'au recyclage ou à la mise en déchet (« du berceau au tombeau ») en passant par les processus de production et d’utilisation. Ses larges applications dans l'agriculture offrent des informations utiles pour les décideurs pour évaluer des impacts environnementaux des produits, comparer des impacts environnementaux entre les systèmes différents, et améliorer un système de production. Cependant, l'exigence en données et en modèles de bonne qualité utilisés en ACV entraîne différentes sources d'incertitude qui influent sur la faisabilité de l'ACV des systèmes agricoles et la crédibilité de ses résultats. Par exemple, il est difficile d'obtenir des mesures des émissions de nitrate après l'application d'engrais ou de fumier au sol, et l'estimation des émissions avec des facteurs d'émission ne peut pas représenter toutes les conditions, surtout dans une région où les pratiques agricoles sont particulières (gestion conventionnelle versus biologique). En conséquence, les objectifs scientifiques de cette thèse sont d'identifier les sources d'incertitude en ACV agricole et d'aider les analystes à choisir les méthodes appropriées pour représenter différents types d'incertitude dans le système agricole et pour analyser leurs influences sur l'incertitude totale des impacts environnementaux. L'incertitude en ACV peut être divisée en deux types selon sa nature: incertitude épistémique (manque de connaissances) et variabilité (différence intrinsèque). Les deux types d'incertitude ont les définitions fondamentalement différentes, et la distinction entre eux aide les analystes ACV à réduire incertitude épistémique (ex. , en améliorant des mesures) et à mieux comprendre la variabilité du système étudié (ex. , en recherchant des informations plus représentatives). Pour être plus explicite, chaque type d'incertitude peut être divisé en trois sous-catégories selon la source : l’incertitude paramétrique, de modèle, ou de scénario et la variabilité spatiale, temporelle, ou naturelle. Le type d'incertitude détermine la méthode utilisée pour le représenter et propager, dont chacune a ses propres caractéristiques et limites en fonction du contexte du système agricole étudié et de l’étude elle-même. Donc, afin de mieux aborder l’incertitude dans les études ACV, l’arbre de décision proposé dans cette thèse permet les analystes ACV d'avoir plusieurs choix de méthodes face à différents types d'incertitude. Cependant, l'application de méthodes différentes doit être réalisée au cas par cas, parce que des situations particulières peuvent se produire dans une étude de cas réelle qui ne peuvent pas être traité dans une guide générale. Parfois d’autres facteurs, comme le coût de calcul et le niveau de confiance acceptable, doit aussi être considéré lors de l'analyse de l'incertitude en ACV. L'approche probabiliste est en général utilisée pour quantifier la variabilité naturelle et l'incertitude paramétrique, tandis que les intervalles (flous ou précis) peuvent être plus appropriés pour représenter l'incertitude paramétrique. Dans les systèmes agricoles, les deux types d'incertitude se produisent souvent ensemble. En conséquence, les deux méthodes ont été appliquées pour représenter la variabilité naturelle sur les caractéristiques des fermes agricoles et l'incertitude paramétrique sur les facteurs d'émission, respectivement, pour estimer des impacts environnementaux des exploitations laitières en Bretagne (France). Ces incertitudes des données d’entrée ont été propagées par la simulation de Monte Carlo vers l'incertitude finale des impacts potentiels, représentés avec la théorie de Dempster-Shafer (DST). En parallèle, les corrélations entre les variables d'entrée de caractéristiques des exploitations ont été contrôlées en utilisant des distributions de probabilité multidimensionnelles. Cette démarche permet d'avoir une estimation plus réaliste que d'utiliser des distributions aléatoires indépendantes. La représentation de l'incertitude totale avec la DST a distingué la variabilité sur les impacts potentiels de l'incertitude épistémique sur ses valeurs moyennes. Ainsi, l'interprétation de l’analyse d’incertitude devrait expliquer soigneusement les différences entre eux. Les attitudes des décideurs en face du risque (i. E. , l’indice de confiance) peuvent être intégrées dans la représentation DST sous la forme d’une seule distribution pondérée d’impact, qui semble plus facile à interpréter qu’un impact dont son étendue des valeurs est limitée par deux distributions séparées. Cependant, il y a des limites sur l'application de la DST à l’analyse de l’incertitude, et d'autres études devraient être réalisées à l'avenir sur les corrélations entre les variables qui sont représentées de manière imprécise, les algorithmes d'optimisation ad hoc pour améliorer l'efficacité de la propagation et l'intégration d'autres types d'incertitude dans le même cadre de l'ACV. En outre, il est nécessaire d'appliquer la DST dans plusieurs études de cas pour la valider. En conclusion, l'analyse de l’incertitude, comme un composant important de l’ACV, devrait offrir une évaluation raisonnable et réaliste des systèmes étudiés face à diverses sources d'incertitude. L'existence d'incertitude, qui est inévitable, ne devrait pas restreindre la recherche et la prise de décision, mais au contraire devrait aider les analystes ACV à compléter leurs connaissances par rapport au système étudié, en identifiant les informations clés nécessaires. L’existence de plusieurs méthodes d'analyse de l'incertitude donne aux analystes ACV des choix flexibles dans les différents contextes de système agricole ou d’étude ACV. De plus, utiliser une méthode appropriée fournit des estimations crédibles des impacts, qui reflètent l'état réel des connaissances et peut encourager les scientifiques à chercher plus d'informations
Life Cycle Assessment (LCA) is a methodological framework for assessing environmental impacts of a product, a service or a system throughout its life cycle: from extraction of raw materials, through production and use, to recycling and waste treatment (i. E. , “cradle to grave”). Its wide applicability to agricultural systems provides useful information for decision makers to estimate environmental impacts of products, compare environmental impacts of different systems, and make suggestions to improve systems. However, the LCA’s need for large amounts of data and high-quality models yields several sources of uncertainty that influence the feasibility of LCA of agricultural systems and the credibility of its results. For example, it is difficult to obtain measurements of nitrate emissions due to fertilizer or manure applications, but estimating emissions using emission factors may not represent all conditions, especially in regions with specific farming practices (conventional vs. Organic). Therefore, the scientific objectives of this thesis are to identify sources of uncertainty in agricultural LCAs and help practitioners use appropriate methods to represent different types of uncertainty in agricultural systems and analyze their influence on total uncertainty in environmental impacts through LCA. Uncertainty in LCA can be divided into two types according to its nature: epistemic uncertainty (lack of knowledge) and variability (inherent difference). Both types of uncertainty have fundamentally different definitions, and distinguishing them helps practitioners reduce epistemic uncertainty (e. G. , by improving measurements) and better understand variability in the system (e. G. , by seeking more representative information). To be more explicit, each type of uncertainty can be divided into three sub-categories depending on its source: parameter, model, or scenario uncertainty and spatial, temporal, or natural variability. The type of uncertainty determines the method(s) used to represent and propagate it; their characteristics and limits depend on both the context of the agricultural site studied and that of the study itself. Therefore, to better address uncertainty in LCA studies, the decision tree developed in this thesis can help LCA practitioners choose which method(s) to use. Application of the methods, however, should be performed on a case-by-case basis, because particular situations may occur in real case studies that cannot be covered by a general guideline. Sometimes other factors, such as computational cost and acceptable confidence level, should also be considered when performing uncertainty analysis in LCA. The probabilistic approach is commonly used to quantify both natural variability and parameter uncertainty, while intervals (“fuzzy” or “crisp”) may be more appropriate for representing parameter uncertainty. In agricultural systems, both types of uncertainty often occur together. Therefore, the two methods were applied to represent natural variability in farm characteristics and parameter uncertainty in emission factors, respectively, to estimate environmental impacts of dairy farms in Brittany, France. These uncertainties in input variables were propagated using Monte-Carlo simulation to the uncertainty in estimated impacts, which was represented using Dempster-Shafer theory (DST). In parallel, correlations among farm-characteristic input variables were maintained using multivariate probability distributions, which yield more realistic estimates than random independent distributions. Representing uncertainty in impacts using DST distinguished variability in potential impacts from epistemic uncertainty in their mean values. Hence, interpretation of the uncertainty analysis should carefully explain the differences between them. The attitude of decision makers to risk (i. E. , confidence index) can be integrated into this DST-based form of representation to create a single weighted distribution of impact, which seems easier to interpret than an impact whose range is bounded by two separate distributions. However, there are some limits to applying DST in uncertainty analysis, and studies should be performed in the future to focus on maintaining correlations between variables that are represented imprecisely, using ad hoc optimization algorithms to increase propagation efficiency, and integrating other types of uncertainty in the same LCA framework. In addition, there is a need to apply the DST in more case studies to validate its use. In conclusion, uncertainty analysis, as an important component of LCA, should provide reasonable and realistic assessment of studied systems in the face of many sources of uncertainty. The existence of uncertainty, which is unavoidable, should not restrict research and decision making, but rather help LCA practitioners to improve their understanding of studied systems by identifying the key information needed. The existence of a variety of methods for uncertainty analysis provides LCA practitioners with an array of methods to choose from, depending upon the context of the agricultural system and that of the LCA study. Moreover, using an appropriate method provides credible estimates of impacts, which reflect the real state of knowledge and may encourage scientists to seek more information

Les performances environnementales des systèmes de traitement des eaux usées sont aujourd'hui mal évaluées. Une méthode exhaustive et fiable est donc nécessaire pour orienter les décideurs sur le plan environnemental. L'analyse de cycle de vie (ACV) a été choisie pour répondre à cette problématique. L'ACV a été testée. Elle apparaît comme un outil incontournable pour étudier les impacts environnementaux des systèmes de traitement des eaux. Dans le cadre du développement de la méthode recherchée, il semble que l'association de plusieurs méthodologies soit le meilleur compromis : l'ACV pour les impacts globaux et d'autres outils pour évaluer les impacts locaux. Enfin, un logiciel d'évaluation environnementale a été développé pour comparer les filières de traitement et de valorisation des boues urbaines. Deux impacts y sont évalués : l'énergie et l'effet de serre. Le contenu de cet outil, les phases de son développement ainsi qu'un exemple d'application sont présentés. Cet outil devrait rendre l'ACV plus accessible aux acteurs de l'assainissement
Nowadays, the environmental performances of wastewater treatment systems are not properly analyzed. Thus, the development of an exhaustive and reliable method is needed to help stakeholders to choose the best environmental solutions. Life cycle assessment (LCA) was selected as a starting point to answer this problem. LCA has been tested. This tool is essential to analyze the environmental performances of wastewater treatment systems. In order to fulfill our goal, the best compromise seems to be the association of LCA, to assess global impacts, with others methodologies, to assess local impacts. Finally, a software has been developed to compare urban sludge treatment and recovering process trains. Two impacts, energy and greenhouse effect, are currently included in. The software and its development steps are described and illustrated through two case studies. This tool has made LCA easier to apply and more useful to wastewater field stakeholders

La gestion des sites industriels pollués constitue aujourd'hui un enjeu important. De points noirs isolés, les sites industriels pollués sont devenus l'objet d'une politique nationale. Le choix des objectifs de traitement d'un site et des techniques de traitement appropriées nécessite la prise en compte d'un grand nombre de critères parfois conflictuels, sur le plan environnemental notamment. Mais le cas des sites industriels pollués est surtout emblématique du double processus d'appropriation-désappropriation qui accompagne nos activités techniques. Le site pollué est une forme de « désappropriation » héritée des activités passées. Le traitement, s'il permet une « réappropriation » du site, implique en contrepartie une exploitation des ressources naturelles lors de sa mise en œuvre. Il est aujourd'hui nécessaire de disposer de méthodes susceptibles de contrôler ce phénomène d'appropriation-désappropriation. L'ACY, dont l'objectif est d'évaluer l'ensemble des impacts environnementaux liés au cycle de vie d'un produit ou d'un service paraît a priori adéquate. Mais une analyse critique plus précise de cette méthode montre qu'elle ne permet pas d'évaluer les impacts environnementaux des systèmes techniques. Après avoir levé ce que nous appelons le paradoxe de l'ACY, nous en proposons une nouvelle lecture et montrons qu'elle constitue un outil d'amélioration de la productivité des ressources naturelles et qu'en ce sens elle peut être utilisée dans une procédure plus générale de contrôle des techniques. Enfin, afin d'illustrer notre propos, nous concluons par une application de l'ACY au choix d'une technique de traitement d'un site pollué par du soufre
The management of industrial polluted sites is a major issue. From isolated problems, polluted sites are now the subject of a national policy. More particularly from an environmental viewpoint, the choice of the objective of the treatment and the selection of suitable treatment techniques need to take into account a lot of conflicting criteria. But the case of industrial polluted sites is, above all, an illustration of the double process of « appropriation-disappropriation » which characterises any technical activity. The polluted site is a form of« disappropriation » inherited from past activities. On one hand, the treatment allows an « appropriation » of the site but, on the other hand, it induces an exploitation of natural resources which can be considered as a « disappropriation » process. We need methods to control this « appropriation-disappropriation » process. Life cycle assessment, which aims at assessing environmental impacts on the life cycle of products, seems to suit properly. But a more precise analysis of the method shows that it cannot assess environmental impacts of technical systems. We have called this phenomenon «the paradox of life cycle assessment ». We have suppressed this paradox and proposed. A new interpretation of the method, showing that it is a good tool for improving the productivity of natural resources. LCA can be used in a more general procedure for the control of the development of technical activities. We conclude with an illustration of the use of LCA for the choice of the treatment of a site polluted by sulphur

Au cours de cette thèse, les prévisions de la méthodologie d’Analyse de Cycle de Vie (ACV) sont améliorées, via l’exergie, pour l’analyse et l’éco-conception des procédés. Nous mettons l’accent sur le potentiel de l’analyse exergétique et de la Consommation d’Exergie Cumulée (CExC) dans l’évaluation du critère d’épuisement, de productivité et de recyclabilité des ressources naturelles. Dans ce cadre, les transferts de pollutions et les impacts environnementaux d’un système de traitement des eaux résiduaires (STEP) ont été analysés en relation avec l’exergie consommée (CExC) et de l’exergie détruite (étude a priori). L’étude montre que la décision est différente lorsque l’indicateur d’épuisement des ressources naturelles est basé sur la méthode CExC de celle basée sur la méthode CML. L’amélioration de l’éco-efficacité d’une STEP implique un recyclage des boues en agriculture. La stabilisation des boues par digestion anaérobie réduit le volume des boues et ainsi l’impact du transport en comparaison avec la stabilisation à la chaux. Toutefois, elle réduit le potentiel fertilisant des boues, d’une part, et augmente la consommation d’énergie et l’impact du réchauffement climatique à cause du traitement des retours en tête d’autre part. Bien que la valorisation du biogaz en cogénération réduise la dépendance énergétique de la STEP et améliore son éco-efficacité globale en comparaison avec le chaulage, elle n’offre pas la possibilité à un séchage des boues. Le séchage des boues constitue l’une des recommandations des agriculteurs, bien qu’il n’améliore pas le l’éco-efficacité globale de la STEP, en augmentant l’épuisement et l’exergie détruite des ressources brutes et du biogaz
The focus of the work has been to improve the predictions of Life Cycle Assessment (LCA) via exergy for processes analysis and eco-design. The potential of the exergetic analysis and Cumulative Exergy Consumption (CExC) in estimating the criterion of depletion, productivity and recyclability of natural resources has been investigated. In this context, the transfer of pollutants and the environmental impacts of a wastewater treatment system (WWTP) have been analyzed in relation with the consumed exergy (CExC) and the destroyed exergy. The study shows that decision is different if the indicator of depletion of natural resources is based on the method of CExC or on the CML method. The improvement of the overall eco-efficiency of a WWTP involves a recycling of sludge in agriculture. Stabilization of sludge by anaerobic digestion reduces the volume of sludge and consequently the impact of transport in comparison with the stabilization with lime. However, on one hand, it reduces the fertilizer potential of sludge. On the other hand it increases energy consumption and the impact of the global warming because of the treatment of digested sludge supernatant recycled to the WWTP. Although the recovery of biogas by cogeneration reduces the energy dependency of the WWTP and improves its overall eco-efficiency in comparison with the liming scenario, it does not provide the possibility for sludge drying. Drying the sludge is one of the recommendations of farmers, although it does not improve the overall eco-effectiveness of the WWTP, and increases the depletion and the destroyed exergy of raw resources and biogas

Le renforcement des préoccupations vis-à-vis des problématiques de développement, de bien-être des populations et de qualité des écosystèmes, génère de nouvelles pressions économiques (labels, cahiers des charges, etc.), normatives (règlements, fiscalité), et de la société civile (consom'action, boycott), et impose aux entreprises de prendre en compte ces problématiques, c'est-à-dire d'identifier, d'évaluer, et d'améliorer leurs impacts. De nombreux outils existent pour évaluer les impacts des chaînes de produits mais seules les méthodes d'Analyse de Cycle de Vie permettent d'avoir une évaluation multicritère et globale, et de rendre compte des transferts d'impacts d'une étape à l'autre du cycle de vie et d'un impact à l'autre. Le développement de l'ACV sociale est vivement souhaité et réclamé par les acteurs. La problématique de cette thèse a consisté à s'interroger sur les principes d'élaboration d'une telle méthode, son cadre conceptuel, théorique et méthodologique. Les besoins de recherche identifiés étant nombreux, les contributions spécifiques de cette thèse ont été triples : i) proposer un nouveau cadre théorique et conceptuel adressant les problématiques de bien-être et de développement, ii) élaborer une relation permettant d'évaluer les impacts de la création d'activité économique et de revenus sur la santé des populations, le « pathway Preston » iii) proposer un cadre méthodologique articulant le Modèle à Capitaux Multiples et le concept de capabilités. Les filières agroalimentaires et plus particulièrement les filières d'importation de fruits et légumes tropicaux, ont servi de cadre empirique à ce travail
Strengthening concerns regarding development issues, well-being and quality of ecosystems, generates new economic pressures (labeling, specifications, etc.), standards (regulations, taxation) and also pressures from civil society (“consom'action”, boycott); it requires companies to take into account these issues, that is to say, to identify, assess and improve their impacts. Many tools exist to assess the impacts of product chains but only the method of Life Cyle Assessment allows a comprehensive and multicriteria evaluation, covering transfers of impacts from one stage of the life cycle to the other and from one impact to the next. The development of Social LCA is highly desired and demanded by the actors. The core question of this thesis has been to examine the principles for developing such a method, its conceptual, theoretical and methodological framework. As the identified needs in terms of research are numerous, specific contributions of this work were threefold: i) proposing a new theoretical framework addressing the issues of well-being and development. ii) developing a relationship assessing the impacts of creating economic activity and income on the health of populations, the “Preston Pathway” iii) proposing a methodological framework articulating the Multiple Capitals Model and the Capabilities concept. Food chains, and most specifically, import fruit and vegetables chains, have served as the empirical framework for this thesis

L’analyse de cycle de vie des bâtiments (ACV) permet d’évaluer les impacts environnementaux associés à une construction sur l’ensemble de son cycle de vie mais aussi d’aider à choisir les variantes les plus durables dans une démarche d’écoconception. De nombreuses sources d’incertitudes pèsent sur la modélisation environnementale des bâtiments. L’objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie pour les prendre en compte et ainsi progresser vers une fiabilisation de l’ACV des bâtiments. Les éléments du modèle qui ont le plus d’influence sur les résultats, et qu’il serait utile de connaître de manière plus précise sont identifiés à l’aide de méthodes d’analyse de sensibilité (AS). Les temps de calcul peuvent être longs pour ces méthodes alors qu’en conception, un temps limité est généralement consacré aux études d’ACV des bâtiments. Plusieurs AS sont comparées en termes de compromis temps de calcul / précision. L’effet des incertitudes sur le choix d’une variante bâtie est étudié en appliquant une méthodologie intégrant des AS et des analyses d’incertitude (AI) adaptées au contexte de comparaison de variantes. Cela permet de rechercher des améliorations d’un projet à un niveau de confiance donné en se concentrant sur les indicateurs environnementaux pour lesquels le choix d’une variante affecte significativement les résultats. La démarche de quantification des incertitudes proposée peut être appliquée au cycle de vie complet de bâtiment et prendre en compte des sources d’incertitudes variées rencontrées en ACV des bâtiments. Les méthodes employées ont été intégrées à une plateforme d’écoconception intégrant des outils de simulation énergétique dynamique (SED) et d’ACV
Building life cycle assessment (LCA) is a tool used to assess the environmental impact of a construction over its entire life cycle, and to help choosing the most sustainable building alternative in an ecodesign context. Many uncertainty sources arise in the environmental modelling of buildings. The aim of this thesis is to propose a methodology to take them into account and to progress towards more reliable building LCA tools. Model inputs and parameters having the most influence on the results and that should be more precisely known were identified using sensitivity analysis (SA) methods. The calculation time required for the application of these methods may be long, whereas a limited time is generally available to conduct a building LCA study. Several SA methods were therefore compared in terms of a calculation time / precision compromise. The effect of uncertainties on the choice of a built alternative was studied using SA and uncertainty analysis (UA) that are suitable in the context of variants comparison. In that way, the environmental improvements of a project are chosen at a given level of confidence and focusing on the environmental indicators for which the choice of an alternative affects the results significantly. The proposed uncertainty quantification process is applicable to the whole building life cycle and makes it possible to take into account various uncertainty sources arising in building LCA. The used methods were integrated into an ecodesign platform consisting in a dynamic building energy simulation (DBES) and an LCA tool

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013.
Dans le cadre de ce mémoire, les méthodologies de l’analyse de cycle de vie (ACV) et de l’analyse du cycle de coûts (ACC) sont appliquées à un système d’épuration des eaux usées municipales (STEP) afin de réaliser une évaluation intégrée du profil environnemental et économique du système. Suite à la revue de la littérature des ACVs portant sur des STEPs, des limitations ont été décelées en ce qui a trait à la définition de la fonction du système lors de la première étape de la réalisation de l’ACV. Les limitations dénotées ont mené au développement d’une méthodologie reposant sur le concept de bénéfice environnemental net (BEN) afin d’y pallier. La mise en application du concept de BEN requiert de réaliser des ACVs afin d’évaluer les impacts environnementaux potentiels évités et induits par l’épuration des eaux. Les impacts évités correspondent alors à la différence d’impacts potentiels entre un scénario hypothétique de rejet des eaux usées brutes et un scénario de rejet des eaux usées épurées par la STEP. Les impacts induits correspondent aux impacts générés par le cycle de vie du système d’épuration. Il est à noter que la présentation du concept de BEN ainsi que son application à une l’étude de cas font l’objet d’une publication (Godin et coll., 2012). Les méthodologies du BEN et de l’ACC sont appliquées à l’étude de cas d’un système d’épuration constitué d’étangs aérés facultatifs. Des inventaires des charges des polluants de l’affluent et de l’effluent de la STEP sont compilés afin d’évaluer les impacts potentiels évités en considérant les charges en matières organiques, en nutriments et en métaux lourds ainsi qu’en estimant les émissions potentielles de gaz à effet de serre des rejets directs de matière organique et d’azote au milieu récepteur. Les inventaires de caractérisation des impacts du cycle de vie du système incluent la phase de construction, l’opération ainsi que l’évaluation des impacts induits par une disposition des boues par épandage sur sol agricole et sur sol forestier. L’ACVI réalisée en ayant recours à la méthode ReCiPe et en mettant de l’avant le concept de BEN permet de constater le compromis environnemental fourni par le système d’épuration. L’évaluation comparée de l’ACC et de l’ACV du cycle de vie du système permet d’évaluer la contribution relative des différents éléments du cycle de vie sous les aspects environnementaux et économiques. La comparaison des variantes de disposition des boues permet, quant à elle, de comparer les effets sur les catégories d’impacts potentiels liées à la toxicité du choix du milieu récepteur des boues. L’application de la méthodologie du BEN lors de la réalisation d’ACV portant sur des STEPs permet de définir plus clairement la fonction principale de la STEP et permet d’éviter de considérer la STEP comme une source majeure de pollution. Elle fait de plus ressortir le manque de suivi des eaux usées en ce qui a trait à l’affluent ainsi qu’aux micropolluants.
Life cycle assessment (LCA) and life cycle costing (LCC) methodologies are applied to a municipal wastewater treatment plant (WWTP) in order to conduct an integrated environmental and economic assessment of the system. A Literature review showed that the system function definition has received little attention despite its great importance in past LCA studies applied to wastewater treatment plants (WWTPs). This has led to some limitations in the interpretation of LCA results. A new methodology to perform LCA on WWTPs is proposed to avoid those limitations. It is based on net environmental benefit (NEB) evaluation and requires assessing the potential impact of releasing wastewater without and with treatment besides assessing the impact of the WWTP’s life cycle. Interested readers can find a presentation of the NEB methodology and its application to a case study of a small municipal WWTP consisting of facultative aerated lagoons in Godin et al., (2012). This thesis presents the life cycle inventories (LCI) conducted to perform the LCAs required to estimate the NEB and also shows the inventory and results of the LCC performed on the case study. LCIs include wastewater characterization (i.e. organic matter, phosphorus, nitrogen and heavy metals load), potential greenhouse gas emissions, WWTP construction and operation inventories including sludge removal and disposal. Life cycle impact assessment (LCIA) was conducted using the ReCiPe impact assessment method. LCIA and LCC results allow comparing the relative contribution to environmental potential impacts and economic cost of the life cycle steps of the WWTP. The NEB allows showing the environmental trade-offs between avoided impact due to wastewater treatment and induced impact by the WWTP’s life cycle.

L'objet de ce travail est l'elaboration d'une methode permettant l'evaluation de la qualite environnementale des batiments. Cette methode est destinee a apporter une aide a la decision pour les acteurs du secteur du batiment, particulierement pendant la phase de conception, afin qu'ils puissent integrer la dimension environnementale dans leurs choix. Notre methode est basee sur l'analyse du cycle de vie, qui consiste a quantifier les flux de matiere et d'energie d'un produit depuis le prelevement des ressources naturelles jusqu'au traitement des dechets ultimes. Cette approche a necessite la delimitation et la modelisation du systeme batiment. Le modele retenu permet de traiter divers types de batiments residentiels et tertiaires. L'outil de simulation developpe calcule l'inventaire global des intrants et sortants d'un batiment. L'agregation des donnees de cet inventaire sur des themes environnementaux (tel que l'effet de serre) conduit a un profil environnemental. La disponibilite, la qualite et la coherence des donnees figurent parmi les questions abordees. Les donnees manquantes sont identifiees, notamment les inventaires pour les materiaux de construction. Une analyse d'erreurs a montre qu'une incertitude sur un inventaire de fabrication a une faible importance par rapport a une erreur sur un inventaire intervenant dans la phase d'utilisation, par exemple celui de la production d'electricite. Les premieres applications de la methode ont montre sa capacite a fournir une aide a la decision, par exemple pour le choix d'un site ou la comparaison de variantes architecturales. Il est egalement possible d'evaluer l'interet environnemental de nouvelles technologies: l'exemple de l'isolation transparente a ete traite

Cette thèse présente différents développements à la méthode analyse de cycle de vie (ACV) afin d'améliorer le niveau de considération des spécificités spatiotemporelles lors de la modélisation de systèmes. Ces développements abordent la question de la caractérisation des flux décrivant les systèmes. La discussion débute par une analyse des développements récents de la méthode ACV en ce qui concerne la considération des spécificités spatiotemporelles dans les différentes phases de cette méthode. Cette analyse identifie des lacunes quant à la pertinence des modes de caractérisation spatiale et temporelle existants. Un nouveau mode de caractérisation spatiotemporelle est alors pro-posé. La représentativité du système modélisé, le potentiel de précision de la caractérisation et le temps de travail nécessaire à la modélisation de différents systèmes sont trois critères importants qui ont été considérés pour la création de ce nouveau mode de caractérisation spatiotemporelle. Le nouveau mode proposé permet en particulier d'améliorer la généricité des processus définissant des systèmes dans différentes bases de données. Celui-ci permet ainsi de diminuer l'augmentation inévitable du travail lié à la caractérisation temporelle des systèmes. Le nouveau mode de caractérisation temporelle requiert toutefois une modification importante de la méthode de calcul des inventaires cycle de vie en raison de l'utilisation de distributions temporelles. La faisabilité de l'utilisation de ce nouveau mode et de la nouvelle méthode de calcul d'inventaire est ensuite démontrée par leurs mises en œuvre pour différents cas d'études de production d'énergie à partir de sources renouvelables. Les deux cas d'études retenus permettent de souligner l'intérêt d'une telle caractérisation spatiotemporelle accédant ainsi à une modélisation plus représentative des systèmes en fonction du niveau de précision retenu. Avec cette nouvelle approche nommée ESPA+, l'accès à ce niveau de représentativité s'accompagne cependant d'une diminution du potentiel de complétude de l'analyse. En effet, la méthode de calcul permet difficilement de dynamiser la totalité des systèmes modélisés.

Ce travail de thèse s’intéresse à l’analyse de la performance au cours du cycle de vie des projets systèmes d’information nécessitant un changement et une transformation de l’entreprise dans des contextes évolutifs (économique, organisationnel et social). Nous avons pour objectif de mieux comprendre le processus de mise en place des projets SI et d’identifier les déterminants de performance dans les différentes phases de ce processus. Nous prenons en compte le fait que les projets SI sont mis en place dans le cadre d’un processus composé essentiellement de trois grandes phases : lancement, mise en œuvre et généralisation. Le cadre théorique mobilisé est la théorie des ressources qui met en évidence le rôle et l’articulation des ressources, notamment, à travers leurs complémentarités dans la détermination de la performance de projets SI. Sur la base d’une recherche qualitative et d’une démarche inductive, nous avons réalisé 28 entretiens semi-directifs dans dix grandes entreprises françaises. L’idée que nous défendons dans cette thèse est que la performance des projets SI ne dépend pas uniquement des caractéristiques technologiques d’un nouveau SI, mais très largement du contexte et de l’environnement dans lesquels ils sont mis en place. Nous démontrons que la performance est fonction de la prise en compte d’un ensemble de déterminants identifiés (analyse financière, organisationnel, managérial, humain et social, technique et fonctionnel, stratégique) avec des niveaux d’importance variables selon les phases de projets. La capacité des entreprises à prendre en compte la nature multidimensionnelle des déterminants de la performance dans les différentes phases d’un projet SI est de nature à expliquer également les différences des niveaux de performance
This thesis focuses on the analysis of the performance during the life cycle of information system (IS) projects that requires change and transformation of the firm in evolutive contexts (economic, organizational, social). Our objective is to understand the process of establishment of IS projects and to identify the determinants of performance in the different phases of this process. We consider that the process of implementation is composed of three phases : starting, implementation and generalization. The theoretical framework mobilised is the Resource Based View (RBV) which underlining the role and the articulation of the resources especially through their complementarities for the determination of IS project performance. Based on qualitative and inductive research, we realized 28 semi-directive interviews in ten large French firms. The idea which is defended in this thesis is that the performance of IS project does not depend exclusively from the technological characteristics of a new information system but more widely on the context and environment in which they are established. We demonstrated that performance is function of the capacity to take into account a larger scope of determinants (financial rentability, organizational, managerial, human and social, technical and functional, strategic) identified in this thesis with different levels of importance according to the phase of project. The capacity of the firms to take into account a multidimensional nature of determinants of performance in the different phases of IS project is also likely to explain differences in performance levels

La comprehension de la vie des marques est un souci permanent des responsables d'entreprise, charges de leur gestion. Pour tenter d'optimiser les resultats de vente des produits et des marques, ils disposent d'un ensemble de moyens d'action commerciale, tels le prix, la communication, le choix des lieux de vente,. . . Des hypotheses ont ete faites par mickwitz sur l'importance et l'evolution des liens qui unissent ces moyens aux differentes phases que suit le produit dans le temps. Si le cycle de vie est un concept tres repandu pour le produit, il n'a pas souvent ete utilise pour la marque. Or, celle-ci a egalement une vie propre, dont les caracteristiques ne sont pas systematiquement celles du produit. Le but de cette recherche est de fournir des elements capables d'aider les decideurs charges des marques, dans leurs choix et leurs decisions. Dans ce cas, les objectifs suivis sont : - identifier, s'il existe, le cycle de vie de la marque, - au niveau de la marque, tester les hypothese faites pour le produit en les en les adaptant. Le modele utilise dans cette rechercher est une adaptation du modele d'attractivite de huff. Les phenomenes d'autocorrelation etant tres courants lorsque la base de donnees est composee de series chronologiques, la methode areg a ete mise en oeuvre afin d'en attenuer les effets
An understanding of brand lives is a permanent worry fot those compagny executives responsible for their management. As a means of optimising the sales results of products and brands, such executives use a range of commercial means such as, price, communication and choice of sales outlets. Mickwitz has made certain hypotheses on the revolution of the links between these mens and the different phases followed by a product over time. Although the notion of live cycle is widely used for the product, it has not been frequently used for the brand. Yet, the brand also has its own life. Whose characteristics are not systematically those of the product. The aim of the present study is to supply elements to help those decision-markers responsible for brands in their choise and in their decisions. Accordingly, the objectives developped in the study are : - identify the brand life-cycle, if one exists. - at brand level, test those hypotheses, made for the product (whilst adapting then if necessary). The model used for research is an adaption of huff's attractiveness model. Given that phenomena of autocorrelation are usual when the data base is made up of chronological series, the areg method has been ilmplemented to attenuate the effects

Ces travaux de thèse portent sur l’évaluation des impacts environnementaux de l’énergie. Le modèle énergétique actuel, qui supporte l’ensemble des activités économiques mondiales, cause d’importants impacts environnementaux en contribuant au changement climatique et à l’épuisement de ressources, mais aussi en dégradant la biodiversité et la santé humaine. Les impacts environnementaux de l’énergie sont évalués, non pas en considérant la seule phase de production d’énergie, mais l’intégralité de leur cycle de vie : de l’extraction des matières premières jusqu’à la fin de vie. La production d’énergie renouvelable étant météo-dépendante, des systèmes de stockage d’énergie peuvent devenir nécessaires pour assurer l’adéquation temporelle entre la production et la consommation lorsque les taux de pénétration d’énergies renouvelables deviennent importants. Dans un premier temps, des modèles paramétrés d’inventaires de cycle de vie ont été développés pour chaque filière de production et de stockage d’énergie. Ils permettent de tenir compte de la variabilité technologique, spatiale et temporelle de la performance environnementale de ces systèmes qui peut être importante. Dans un second temps, une approche reposant sur le développement et le couplage de modèles paramétrés de séries temporelles de production et de consommation a été mise au point. Elle permet d’estimer les besoins de stockage induits par la météo-dépendance de la production mais aussi de la consommation. La méthode globale dynamique et paramétrique d’évaluation d’impacts environnementaux par Analyse de Cycle de Vie (ACV) alors développée a été appliquée à des scénarios d’autoconsommation puis au territoire insulaire de La Réunion. Ces travaux démontrent que, même en tenant compte des besoins de stockage induits par la variabilité de la production, les énergies renouvelables présentent, sur leur cycle de vie, une empreinte environnementale qui reste nettement inférieure aux alternatives fossiles qu’elles cherchent à substituer
This research work deals with the environmental impact assessment of energy. The current energy model, which supports the global economy, leads to major environmental impacts by contributing to climate change and resource depletion,and by degrading biodiversity and human health. The environmental impacts of energy systems are assessed, not only considering the energy generation phase, but the whole life-cycle of energy systems : from raw material extraction to end of life. As renewable energies are weather dependent, storage systems may become required to ensure the temporal balance between the production of energy and consumption when renewable energies reach high penetration rates. As a first step, parameterized life-cycle inventory models have been developed for the main energy technologies to produce orstore energy. Those models enable to account for the technological, spatial and temporal variability that can be important. As a second step, an approach based on times-series to model energy production as well as energy consumption has been developed. It allows assessing the energy storage needs induced by the weather dependency of the production and consumption.The global dynamic and parametric method to assess the life cycle environmental impact here developed has been appliedto self-consumption scenarios and then, to the insular territory of La Réunion. Those applications reveal that, even when accounting for the storage need induced by the weather dependency of the production, renewable energies present an environmental footprint significantly lower than the fossil counterparts they aim to substitute

Le présent mémoire a permis la construction d'un cadre permettant d'appliquer l'approche d'Analyse de Cycle de Vie (ACV) aux différentes technologies de batteries Li-ion des véhicules électriques (VE), en prenant en compte tout leur cycle de vie (production – utilisation – fin de vie). Concrètement, il permet d'établir une base de données dédiée à la batterie, de la modéliser et de la paramétrer. D'autres difficultés méthodologiques ont été résolues : choix de l'unité fonctionnelle, modularité du produit, incertitudes sur son usage et sur sa durée de vie, règles d'allocation pour la fin de vie… L'analyse de sensibilité menée montre que les résultats sont étroitement liés aux données et aux scénarios choisis. Pour le scénario de référence, les principales conclusions sont : - Potentiel de réchauffement climatique de l'ordre de 12kg CO2/ kg de batterie (production et fin de vie). D'autres impacts environnementaux ont été également examinés. - Importance du choix des matières de la batterie, de leurs procédés d'élaboration et de la localisation des usines vis-à-vis de sa performance écologique (ex : les matières actives de la cathode). - Gain sur certains impacts du bilan ACV grâce à des matières valorisées lors du recyclage des batteries. Ce gain varie en fonction des procédés de recyclage envisagés (pyrométallurgie et/ou hydrométallurgie) et des matières récupérées. - Bénéfice écologique pour le parc VE si l'on met en place un système de gestion des batteries (ex : cas de la location des batteries) Afin de favoriser l'éco-conception des batteries, un modèle d'ACV simplifié est proposé, permettant un gain en termes de temps et de coût tout en visant la même qualité de prestation qu'une ACV détaillée
A framework enabling an application of Life Cycle Assessment approach to various technologies of Lithium-ion Electric Vehicles batteries is created. It encompasses all the life cycle of the product (Manufacturing – Use – End of Life). More precisely, a specific LCA database for Li-ion batteries is constructed and batteries life cycle is successfully modeled. Others difficulties are discussed and solved during this works, such as the choice of batteries functional unit, system modularity, uncertainties of the Use phase and of batteries' lifetime, allocation rules for batteries End of Life… A sensibility analysis is carried out and shows that LCA results strongly depend on chosen data and scenarios. Main conclusions obtained from the base case of our studies are: - Climate change potential of a battery is about 10 - 15 kg CO2 éq/kg of batteries. This amount takes into account the manufacturing and the end of life. Others environmental impacts are also quantified (regional impacts such as acidification, eutrophisation; human toxicity and ecotoxicity…). - Batteries LCA results are sensitive regarding to the choice of its materials, of the manufacturing processes and of the geographic parameters. - Materials recovery during the End of Life phase leads to environmental benefit for the global impacts of the batteries. However, it depends on the recycling process (pyrometallurgical and/or hydrometallurgical), as well as on the nature of recovered materials. - Batteries leasing scenario can help minimizing environmental impacts of Electric Vehicles park. In order to facilitate eco-conception of Li-ion batteries, a simplified LCA model is created, which reduces times and costs of future LCA studies while ensuring the same accuracy

L'analyse des impacts environnementaux de la production de biens et de services est aujourd'hui devenue un enjeu majeur. L'analyse en cycle de vie est la méthode consacrée pour modéliser les impacts environnementaux des activités humaines. L'inventaire en cycle de vie, qui est l'une des étapes de cette méthode, consiste à décomposer les activités économiques en processus interdépendants. Chaque processus a des impacts environnementaux et la composition de ces processus nous donne l'impact cumulé des activités étudiées. Plusieurs entreprises et agences gouvernementales fournissent des bases de données d'inventaires en cycle de vie pour que les experts puissent réutiliser des processus déjà étudiés lors de l'analyse d'un nouveau système. L'audit et la compréhension de ces inventaires nécessite de s'intéresser à un très grand nombre de processus et à leurs relations d'interdépendance. Ces bases de données peuvent comporter plusieurs milliers de processus et des dizaines de milliers de relations de dépendance. Pour les experts qui utilisent les bases de données d'inventaire en cycle de vie, deux problèmes importants sont clairement identifiés : - organiser les processus pour avoir une meilleure compréhensibilité du modèle ; - calculer les impacts d'une modélisation (composition de processus) et, le cas échéant, détecter les raisons de la non convergence du calcul. Dans cette thèse, nous : - mettons en évidence de l'existence de similarités sémantiques entre les processus et leurs relations d'interdépendance et proposons une nouvelle approche pour modéliser les relations d'interdépendance entre les processus d'une base de données d'inventaire. Elle se base sur un étiquetage sémantique des processus à l'aide d'une ontologie et une modélisation multi-niveaux des relations d'interdépendance entre les processus. Nous étudions aussi deux approches déclaratives d'interaction avec ce modèle multi-niveau. - étudions les différentes méthodes de calcul des impacts basées sur des notions classiques d'algèbre linéaire et de théorie des graphes. Nous étudions aussi les conditions de non convergence de ces méthodes en présence de cycle dans le modèle des relations de dépendances. Un prototype implémentant cette approche a montré des résultats probants sur les cas étudiés. Nous avons réalisé une étude de cas de ce prototype sur les processus de production d'électricité aux États-Unis extraits de la base de données d'inventaire en cycle de vie de l'agence environnementale américaine. Ce prototype est à la base d'une application opérationnelle utilisée par l'entreprise.

L’objectif de ce travail de thèse est d’établir une méthode d’éco-conception basée sur l’Analyse de Cycle de Vie, qui doit permettre d’identifier des leviers d’actions environnementaux propres à chacun des différents acteurs économiques intervenant dans le cycle de vie d’un produit. L’Analyse de Cycle de Vie a été couplée avec deux méthodes d’analyse de sensibilité, suivant cinq étapes décrites dans le mémoire : (i) la définition des objectifs et du système, (ii) la modélisation du calcul de l’inventaire et des indicateurs d’impacts avec des approches différenciées en premier et arrière-plan, (iii) la caractérisation des paramètres utilisés avec unetypologie définie selon les possibilités d’action de l’acteur économique concerné, (iv) la réalisation successive de deux méthodes d’analyse de sensibilité (Morris et Sobol) sur le modèle défini, (v) l’interprétation des résultats en vue de proposer des pistes efficaces d’amélioration. L’approche établie a été appliquée au cycle de vie du béton de chanvre, avec l’étude des étapes de production agricole, de transformation des fibres de chanvre et d’utilisation du béton de chanvre comme isolant thermique dans le bâtiment. L’approche permet d’identifier des scénarios technologiques potentiels, permettant d’améliorer les performances environnementales, pour chacun des acteurs du cycle de vie du produit. Mettre en oeuvre cette approche actuellement nécessite un surcroît d’informations, mais présente un gain à long terme car elle permet d’effectuer des choix robustes pour un produit donné
The purpose of this PhD thesis is to establish an ecodesign method based on Life Cycle Assessment, that should allow identifying action levers specific for each economic actor of the life cycle of a product, for improved environmental performances. Life Cycle Assessment was coupled with two methods of sensitivity analysis in five steps: (i) definition of objectives and system, (ii) modeling calculation of inventory and impact indicators with different approaches according to foreground and background sub-systems, (iii) characterization of parameters using a typology specific to possibilities of control of the considered economic actor, (iv) application of two sensitivity analysis methods (Morris and Sobol) and (v) results interpretation in order to identify potential efficient improvements. The approach was applied on the hemp concrete insulation product, including agricultural production, industrial transformation of hemp fibers, and use of hemp concrete as a thermal insulator for buildings. The approach provides potential technological scenarios improving environmental performances for each single economic actor of the product’s life cycle. Performing the method presently requires additional information, but will probably be paid back in the future by driving more robust choices for a given product

Les méthodes d’évaluation environnementale sont de plus en plus utilisées pour mieux apprécier les impacts environnementaux générés par les activités humaines (produits, services, systèmes). L’analyse de cycle de vie (ACV) est sans doute la méthode d’évaluation la plus répandue. Elle est aussi souvent considérée comme la plus avancée, bien qu’elle comporte de sérieuses limites (elle n’intègre pas de réels indicateurs économiques ou sociaux, par exemple). Dans cette thèse de doctorat, j’examine plus particulièrement la problématique de l’intégration du temps dans les modèles d’inventaire et les calculs d’impact tout au long du cycle de vie. J’y présente une évolution de la méthodologie d’ACV traditionnelle pour le cas du réchauffement climatique, qui incorpore des aspects dynamiques et cumulatifs exprimés directement en équivalent-CO2. Cette perspective orientée vers une meilleure prise en compte dans les pratiques de reporting et/ou les politiques publiques est ensuite déclinée sur trois cas d’application de complexité croissante pour l’analyse. L’hypothèse centrale de ce travail est que le passage d’une ACV traditionnelle à une ACV dite « dynamique » permettrait d’obtenir des résultats d’évaluation d’impacts plus proches de la réalité des phénomènes environnementaux
Environmental impact assessment methods are now widely used in order to measure environmental impacts associated with human activities (for products, services, and systems). Life-cycle assessment (LCA) is without doubt the foremost assessment method. LCA is also often thought of as the more advanced one, despite serious limitations (e.g. LCA does not include properly economical or social dimensions). In this PhD report, I explore more specifically the issue of integrating time in both inventory models and impact assessments along the life-cycle. In the case of climate change, I offer an evolution of traditional LCA towards a framework that includes dynamic and cumulative aspects as expressed directly in CO2-equivalent. This approach, which is oriented towards reporting practices and/or public policies, is afterwards applied to three different case studies of growing complexity. The central hypothesis of this work is that switching from traditional to so-called “dynamic” LCA would allow for better results with regards to one reality of environmental processes

Le but de ce projet est de comprendre les bases moléculaires de l’alternance de générations chez l’algue brune modèle Ectocarpus. Lors de travaux antérieurs, notre équipe avait isolé le mutant ouroboros (oro) dont la génération sporophyte manifeste une conversion homéotique en gamétophyte fonctionnel (capable de produire des gamètes). Lors de ma thèse, j’ai utilisé des gènes marqueurs de génération pour démontrer qu’oro partage, en plus de similitudes morphologiques, des similitudes moléculaires avec le gamétophyte sauvage. Afin d’identifier le gène ORO, un clonage positionnel a ensuite été mené via l’utilisation de marqueurs moléculaires de type AFLP et microsatellites. L’analyse de liaison génétique a permis de localiser le locus ORO sur le groupe de liaison 17 de la carte génétique. Une cartographie génétique plus fine a permis de réduire l’intervalle génomique du locus ORO à 43 kpb, région au sein de laquelle quatre gènes sont présents. La disponibilité de la séquence du génome d’une souche portant la mutation oro a finalement mené à l’identification d’un gène codant pour un facteur de transcription en tant que meilleur candidat à la mutation. En parallèle à ces travaux, j’ai également participé à la mise en évidence d’un facteur ceullulaire non-autonome produit par le sporophyte et induisant la conversion d’un gamétophyte en sporophyte; j’ai démontré que les méiospores incubées en présence de ce facteur ressemblent, au niveau moléculaire, à des sporophytes sauvages. Ces travaux ont constitué une base solide pour l’identification du gène ORO et pour la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans l’alternance entre les générations chez Ectocarpus
The goal of the PhD thesis project was to investigate the molecular basis of a particularly interesting phenomenon that occurs in the brown alga Ectocarpus: the alternation, during the life cycle, between two independent, heteromorphic organisms, the sporophyte and the gametophyte. A UV mutagenesis approach had previously been used to screen for life cycle mutants in Ectocarpus. One mutant was isolated, ouroboros (oro), in which the sporophyte generation of the life cycle developed as a fully functional (gamete producing) gametophyte. Consequently, individuals that carry the ouroboros mutation exhibit a homeotic conversion of the sporophyte into a gametophyte. Genetic analysis of the mutation had shown that it was a recessive, single-locus mutation. Also, it had been established experimentally that the mutant shares morphological and functional features which are typical of the wild type gametophyte. Left unaddressed was if oro resembles the wild type gametophyte at the molecular level. I used generation markers genes to show that oro resembles wild type gametophyte at the molecular level. In order to identify the ORO gene, a map-based cloning strategy, using Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) and Simple Sequence Repeats (SSR) markers, was used. Linkage analysis placed the ORO locus on the linkage group 17. Fine genetic mapping with 1566 individuals of a mapping population delimited the ORO locus to a 43 kbp genomic DNA region with four genes in the region. Sequencing, annotation and function prediction of genes in this region using the sequenced genome of Ectocarpus and comparing it with whole genome sequence of a strain carrying the oro mutation identified a transcription factor gene, which is a strong candidate for the ORO gene. I also participated in a project that focused on understanding the non cell autonomous regulation of life cycle transitions in Ectocarpus. Specifically using life cycle generation marker genes, I showed that meiospores grown in the presence of a sporophyte-produced diffusible factor develop into functional sporophytes and resembled the wild type sporophyte at the molecular level. The results obtained from this work provided a solid foundation for map based cloning of the ORO gene and increased our understanding of the molecular mechanism underlying alternation of generation in Ectocarpus

L’objectif de ce travail est de développer un cadre méthodologique et générique d’éco-conception de procédés chimiques couplant des outils de modélisation et de simulation traditionnels de procédés (HYSYS, COCO, ProSimPlus et Ariane), d’Analyse du Cycle de Vie (ACV), d’optimisation multiobjectif basée sur des Algorithmes Génétiques et enfin des outils d’aide à la décision multicritère (ELECTRE, PROMETHEE, M-TOPSIS). Il s’agit de généraliser, d’automatiser et d’optimiser l’évaluation des impacts environnementaux au stade préliminaire de la conception d’un procédé chimique. L’approche comprend trois étapes principales. Les deux premières correspondent d’une part aux phases d’analyse de l’inventaire par calcul des bilans de matière et d’énergie et d’autre part à l’évaluation environnementale par ACV. Le problème du manque d’information ou de l’imprécision dans les bases de données classiques en ACV pour la production d’énergie notamment sous forme de vapeur largement utilisée dans les procédés a reçu une attention particulière. Une solution proposée consiste à utiliser un simulateur de procédés de production d’utilités (Ariane, ProSim SA) pour contribuer à alimenter la base de données environnementale en tenant compte de variations sur les conditions opératoires ou sur les technologies utilisées. Des sous-modules « énergie » sont ainsi proposés pour calculer les émissions relatives aux impacts liés à l’utilisation de l’énergie dans les procédés. La troisième étape réalise l’interaction entre les deux premières phases et l’optimisation multi-objectif qui met en jeu des critères économiques et environnementaux. Elle conduit à des solutions de compromis le long du front de Pareto à partir desquelles les meilleures sont choisies à l’aide de méthodes d’aide à la décision. L’approche est appliquée à des procédés de production continus : production de benzène par hydrodéalkylation du toluène HDA et production de biodiesel à partir d’huiles végétales. Une stratégie à plusieurs niveaux est mise en oeuvre pour l'analyse de l'optimisation multi-objectif. Elle est utilisée dans les deux cas d'étude afin d'analyser les comportements antagonistes des critères
The objective of this work is to propose an integrated and generic framework for eco-design coupling traditional modelling and flowsheeting simulation tools (HYSYS, COCO, ProSimPlus and Ariane), Life Cycle Assessment, multi-objective optimization based on Genetic Algorithms and multiple criteria decision-making methods MCDM (Multiple Choice Decision Making, such as ELECTRE, PROMETHEE, M-TOPSIS) that generalizes, automates and optimizes the evaluation of the environmental criteria at earlier design stage. The approach consists of three main stages. The first two steps correspond respectively to process inventory analysis based on mass and energy balances and impact assessment phases of LCA methodology. Specific attention is paid to the main issues that can be encountered with database and impact assessment i.e. incomplete or missing information, or approximate information that does not match exactly the real situation that may introduce a bias in the environmental impact estimation. A process simulation tool dedicated to production utilities, Ariane, ProSim SA is used to fill environmental database gap, by the design of specific energy sub modules, so that the life cycle energy related emissions for any given process can be computed. The third stage of the methodology is based on the interaction of the previous steps with process simulation for environmental impact assessment and cost estimation through a computational framework. The use of multi-objective optimization methods generally leads to a set of efficient solutions, the so-called Pareto front. The next step consists in identifying the best ones through MCDM methods. The approach is applied to two processes operating in continuous mode. The capabilities of the methodology are highlighted through these case studies (benzene production by HDA process and biodiesel production from vegetable oils). A multi-level assessment for multi-objective optimization is implemented for both cases, the explored pathways depending on the analysis and antagonist behaviour of the criteria

L’Analyse du Cycle de Vie (ACV) est une méthode normalisée d’analyse environnementale qui prend en compte les impacts associés à l’ensemble des étapes de la vie d’un produit. Elle apporte un changement de perspective dans l'analyse de l'impact environnemental de la pisciculture, secteur en pleine croissance à l’échelle mondiale. La réflexion présentée ici, s'articule autour de quatre questions illustrées chacune par un article scientifique. Une revue bibliographique apporte un éclairage sur la capacité de l’ACV à prendre compte les spécificités de l’aquaculture pour en dresser un bilan environnemental. Un article comparant le profil environnemental par ACV de différents systèmes de production de poissons carnivores illustre comment l'ACV permet de mieux comprendre le fonctionnement des systèmes de production aquacoles et de mettre en évidence les points critiques pour l’environnement. Une étude sur le remplacement des farines et huiles de poisson dans l’aliment piscicole montre en quoi le caractère multicritère de l'ACV permet d'accompagner l’orientation des systèmes de production. Enfin, une étude sur un système de polyculture aux Philippines montre les besoins d'évolution des modalités d'application des ACV en pisciculture. Ce travail montre la richesse des enseignements que l’on peut tirer de l’analyse environnementale des piscicultures par ACV, pour les guider dans leur évolution. Il illustre aussi les voies d’amélioration méthodologiques nécessaires qui sont plus liées au manque de connaissance sur les systèmes de production et à la façon de mener les inventaires qu’à la méthodologie normalisée de l’ACV. Cette étude montre la nécessité de compléter la gamme des catégories d’impact et de les rendre plus sensibles aux contextes locaux
The Life Cycle Assessment (LCA) is a standardized method of environmental analysis that takes into account the impacts of all stages of a product’s life. It changes the point of view and improves the assessment of the environmental impact of fish farming, which shows a strong worldwide growth. The research presented here is divided into four questions, each illustrated by a scientific article. First, a literature review highlights LCA’s ability to consider aquaculture’s unique characteristics when determining environmental profiles. Next, an article comparing environmental profiles of carnivorous fish production systems illustrates how LCA can characterize aquaculture operation better and highlights critical points for the environment. Next, a study of the replacement of fishmeal and fish oil in fish feed shows how the multi-criteria character of LCA can help guide changes in production systems. Finally, a study of a polyculture system in the Philippines shows the need to change LCA when applying it to fish production. It proposed innovations in the LCA framework to better characterize aquaculture and fisheries systems, including the addition of impact categories such as “net primary production use” or “water dependence”, which help to reveal fish production’s need for environmental resources. However, the need to develop indicators of other aspects, such as impact on biodiversity remains. This work presents numerous lessons that can be drawn from the environmental assessment using LCA, for fish farms ‘evolution. It also illustrates methodological improvements that are needed due to a lack of knowledge about production systems, such as approaches for collecting data for LCA inventories. This study shows the need to supplement the range of impact categories used for aquaculture LCA and to make them more responsive to local contexts

La première phase de ces travaux a été consacrée à l'étude analytique des composés traces organiques contenus dans le sol, les boues d'épuration et les végétaux. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques, polychlorobiphényles, phtalates, nonylphénols éthoxylés et laurylalkylbenzènes sulfonates ont été étudiés. Les protocoles de pré-traitement, d'extraction, de purification et d'analyse des échantillons ont été optimisés pour obtenir, selon le type de matrice ou de composé, le protocole le plus approprié à caractériser de façon fiable les composés traces organiques. L'extraction est réalisée dans un Soxtec, appareil qui permet des extractions rapides, économiques et sécurisées. La purification est menée sur des cartouches spécifiques par la technique d'extraction sur phase solide. L'analyse est réalisée par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie e masse et/ou par chromatographie liquide haute performance couplée à un détecteur fluorimétrique. Ces deux techniques, sensibles et sélectives, permettent d'atteindre de très faibles limites de détection. La seconde phase des travaux a été consacrée à l'étude du transfert des composés traces organiques en vases de végétation. Une étude en hors-sol, où tous les paramètres étaient maîtrisés, a permis de valider les choix analytiques. Lors de l'étude en sol, les composés traces organiques étudiés ont été apportés par l'intermédiaire de boues résiduaires urbaines. Le suivi de la croissance des plantes (carottes et tomates) a montré que l'apport de boue accroît la production végétale. Les teneurs en composés traces organiques initialement contenus dans les vases de végétation ont été suivies dans les plantes. Les pourcentages de transfert des composés traces organiques sont faibles. Enfin, les résultats obtenus ont été intégrés à une analyse de cycle de vie sur les impacts environnementaux de deux filières d'utilisation agronomique des boues depuis la boue déshydratée jusqu'à la production végétale à l'échelle des vases de végétation de l'étude
The first part of this work concerns an anlytical study of the trace organic compounds contained in the soil, sewage sludges and plants. These were : auromatic polycyclic hydrocarbons, polychlorobiphenyls, phthalates, nonylphenol ethoxylates and laurylalkylbenzene sulfonates; The pre-treatment, extraction, purification and analysis of samples has been optimized in order to obtain the most appropriate, reliable protocol to characterize the trace organics for the particular type of matrix or compound. The extraction uses a Soxtec apparatus which is fast, economical and safe. Purification is by solid phase cartridges, specific to the extraction technique. Analysis is by gas chromatography coupled to a mass spectrometer and/or by high performance liquid chromatography coupled to a fluorimetric detector. Both these techniques are sensitive and selective and permit very low limits of detection. The second part of the work concerns a study of the uptake of the organics in containers of plants. An aquiculture study where all the parameters are controlled has enabled validation of the analytical choices. For the in-soil studies the trace organics in question have been introduced via residual urban sludges. Plant growth monitoring (carrots and tomatoes), shows that the addition of sludge increases plant production. The initial levels of trace organics in the plant containers have been compared to those found in the plants; the percentage uptake of trace organics is low. Finally, the results obtained have been incorporated into a life cycle analysis on the environmental impact of two agronomic, sludge use sectors, from the dewatered sludge through to plant production, using plants growing in containers

Ces dernières années, les législations dans le domaine du textile et de l’environnement se sont multipliées. Au niveau européen, les directive IPPC , REACH, ont obligé les industriels Européens à prendre en compte les aspects environnementaux de leurs produits et services. En France, suite au Grenelle de l’environnement, de nouvelles obligations apparaissent concernant les déchets textiles ou l’affichage environnemental (Grenelle environnement 2011). Parallèlement, une prise de conscience internationale de la nécessité de concevoir des produits limitant l’utilisation de ressources non renouvelables et diminuant leur impact environnemental, est apparue. L’éco conception implique la mise en oeuvre de nouvelles matières et de nouveaux procédés. L’ACV, analyse du cycle de vie est un outil qui permet l’évaluation des impacts environnementaux. Cette thèse a été lancée par Bureau Veritas CODDE et le laboratoire GEMTEX, suite à l’identification d’un besoin significatif de développement de données et méthodologies ACV pour le secteur du textile. En effet, les méthodologies et les outils existants ne sont pas adaptés à l’évaluation de l’impact environnemental des produits textiles car le secteur présente des caractéristiques spécifiques contraignantes. Ces outils doivent permettre autant aux concepteurs, qu’aux fabricants et distributeurs de réaliser des ACV à des niveaux de granulométrie différents
In recent years, the European textile industry and textiles imports have had to comply with an increasing number of environmental policies. Emissions from industrial installations have been subject to EU-wide legislation for over 10 years: the IPPC Directive, the European Pollutant Release and Transfer Register (E-PRTR)… Since 2007, European textile producers also have to comply with a substantial number of obligations under REACH. Furthermore, in France environmental labelling for certain convenience goods (including textile products) might become mandatory in 2020. In parallel, national awareness appeared on the necessity of designing consumer products with limited use of natural resources and decreased the environmental impacts. Eco-design involves the implementation of new materials and new processes. Life Cycle Assessment, LCA, is a tool that enables the assessment of environmental impacts. This thesis was initiated by Bureau Veritas CODDE Company and the GEMTEX laboratory, following on the identification of a significant need for the development of LCA data and methods in the textile sector. This is because the existing methods and tools are not suitable for the environmental impact assessment of textile products since the textile sector presents specific constraining characteristics. These tools should enable designers, manufacturers and retailers to perform LCA on their products

L’analyse de cycle de vie environnementale (ACV), d’après l’ISO 14040/44, a été identifiée par l’agence spatiale Européenne, ArianeGroup et plusieurs acteurs de l’industrie spatiale européenne comme la méthodologie la mieux adaptée pour réaliser l’évaluation environnementale des missions spatiales. Cependant, le secteur spatial est un domaine d’activité dont la particularité est de s’étendre au-delà des limites de l’environnement terrestre. Ainsi, s’il est possible d’évaluer les impacts sur l’environnement classique via la méthodologie ACV, les impacts générés sur l’environnement orbital ne sont aujourd’hui pas considérés dans son cadre de référence.Par conséquent, il s’agit ici d’étendre le champ des études ACV dans le domaine du spatial afin de caractériser les étapes du cycle de vie ayant lieu en orbite, c’est-à-dire la phase d’usage pendant la mission spatiale et la phase de fin de vie (ou Post-Mission Disposal). L’anticipation de cette dernière est devenue une étape cruciale dans la conception des missions spatiales du fait des règlementations visant à limiter la prolifération des débris spatiaux. En effet, seulement 6% de la population en orbite autour de la Terre sont des satellites actifs, le reste étant considéré comme des débris, résultat des missions et activités spatiales passées. Etant donné cet enjeu de durabilité majeur pour l'industrie spatiale, les études environnementales se doivent de mettre en évidence les transferts de pollution potentiels non seulement entre les impacts environnementaux classiques tels que Changement Climatique ou la Toxicité mais aussi ceux relatifs à l’environnement orbital, au premier rang desquels figurent les débris spatiaux.Afin de caractériser cet impact sur l’environnement orbital, nous proposons de définir une nouvelle catégorie d’impact en ACV dénommée ‘Orbital Space Use’. La conformité avec le cadre de référence de l’ACV est assurée au travers de la construction de chaines de cause-à-effet (ou impact pathways) reliant les flux élémentaires du système d’étude aux mécanismes environnementaux (indicateur midpoint) et au dommage final (indicateur endpoint) au sein de l’Aire de Protection ‘Ressources Naturelles’. En effet, les orbites proches de la Terre qui supportent les activités spatiales sont considérées à ce titre comme une ressource pouvant être impactée par des ‘stresseurs’. Les débris spatiaux sont aujourd’hui identifiés comme les principaux ‘stresseurs’ vis-à-vis de l’accès et de la pleine utilisation de la ressource orbitale. Ainsi, le développement d’un modèle de caractérisation a été entrepris. Il permet d’évaluer l’impact potentiel d’une mission spatiale sur la population des débris déjà présente en orbite. Les facteurs de caractérisation obtenus sont appliqués à un cas d’étude comparant trois scénarios de fin de vie différents dans le but de prouver l’applicabilité du modèle. En outre, une première approche s’intéressant à la quantification des externalités économiques négatives engendrées par la prolifération des débris est développée. Elle constitue une étape préliminaire en vue d’un développement d’une catégorie de dommage dite ‘endpoint’. Enfin, les challenges méthodologiques restants et les potentiels développements complémentaires sont abordés
Several actors of or related to the European space industry, such as ArianeGroup and the European Space Agency (ESA), have identified life cycle assessment (according to ISO14040/44) as the most appropriate methodology to measure and minimise their environmental impact. Nevertheless, space systems deal with a strong particularity which adds new aspects considering the scope of the LCA framework. Space missions are the only human activity that crosses all segments of the atmosphere and stays “out” of the natural environment and ecosystems. Regarding space systems with a holistic approach, environmental impacts could occur not only in the conventional ecosphere but also in the outer space (i.e. the orbital environment).Consequently, the current scope of LCA studies should be broadened to take into account the on-orbit lifetime as well as the end-of-life disposal of the spacecraft. Yet, it is becoming a crucial point of the space mission design due to the future increase of the orbital population composed in a major part by space debris. In this way, LCA studies of space missions could indicate trade-offs not only between typical impact categories (toxicity and climate change for example) but also with regard to impacts generated in the orbital environment with a particular focus on space debris related impacts.Hence, the priority has been given to the integration of a new impact category called orbital space use in the life cycle impact assessment framework. To address the environmental burdens comprehensively in this new category, impact pathways linking elementary flows to environmental mechanisms (midpoint) and damages (endpoint) are developed within the Area-of-Protection ‘Natural resources’. Space debris is identified as the main stressor of the orbital environment. Thus, ‘characterisation factors’ are defined and calculated at midpoint level to assess the potential impact of a space mission on the orbital environment. The methodology is applied to a case study to prove its applicability: the potential impact of a theoretical space mission is addressed through the comparison of three disposal scenarios. Also, a first attempt regarding the characterisation of the endpoint damage is provided taking into account the economic externalities caused by space debris. Finally, remaining methodological challenges and perspectives for future work are provided

Le secteur du bâtiment est un acteur clé pour aider la France à atteindre ses objectifs de réduction en matière de consommation d’énergie et d’émissions de gaz à effet de serre (GES). L’analyse du cycle de vie (ACV) est la méthode la plus utilisée pour évaluer les impacts environnementaux d’un produit ou d’un système d’une manière systématique et holistique sur l’ensemble de son cycle de vie. Dans le secteur du bâtiment, la méthode ACV a été adaptée avec des outils appropriés, simplifiés, pour inciter les acteurs du bâtiment à évaluer la performance environnementale de leur produit. Cependant, la méthode ACV présente des limites dont une est le manque de notion de « temps », qui touche notamment trois points : (i) Manque de considération de l’évolution temporelle des systèmes, du système « bâtiment » dans notre cas, (ii) Non prise en compte du décalage temporel des activités et donc des émissions, and (iii) Non prise en compte du caractère dynamique des impacts environnementaux. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est de développer une méthodologie d’ACV dynamique appliquée au bâtiment, qui permet de prendre en compte ces trois aspects dynamiques, sur la base du projet ANR DyPLCA. L’application de la nouvelle méthode dynamique à un cas d’étude avec trois maisons individuelles accolées a permis d’obtenir des informations importantes sur le profil temporel des impacts. La même quantité des émissions de GES a un impact de changement climatique plus bas lorsque les émissions sont réparties sur une période longue. Les actions pour la réduction et l’adaptation doivent être décidées selon différents types de famille de produits de construction. Ainsi, il est nécessaire d’adapter les efforts de réduction d’impacts en fonction des substances chimiques
The building sector is a key actor to meet the reduction targets in terms of energy consumption and greenhouse gases (GHG) emissions. Life Cycle Assessment (LCA) is the most used method for assessing the environmental impacts of a system. In the building sector, the LCA method was adapted with appropriate and simplified tools in order to encourage stakeholders to evaluate the environmental performance of their building products. However, LCA method has some limitations, one of which being the lack of “time dimension” that particularly concerns three points: (i) Lack of consideration of temporal evolution of the system under LCA study, “building system” in our case, (ii) Lack of consideration of temporal discrepancy of activities and associated emissions, (iii) Lack of consideration of dynamic characteristics of environmental impacts (stationary conditions, fixed time horizon, etc.). In this context, the primary objective of the thesis is to develop a dynamic LCA methodology applied to the building sector, on the basis of DyPLCA ANR project. The application of the new dynamic method to a case study with three attached single houses demonstrated that dynamic LCA provides important information on the temporal profile of impacts. The same amount of GHG emissions has a lower effect on temperature peaks when emissions are spread over a long period. The distinction is made between the various GHG, especially according to their lifetime. Instantaneous and cumulated effects (indicators) should be considered in a complete analysis. Actions for mitigation and adaptation need to be decided according to different types of construction product families. Besides, it is necessary to adapt the impact reduction efforts according to the chemical substances

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020
Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020
Le secteur du bâtiment émet jusqu’à 30% des émissions de gaz à effet de serre (GES) mondiales. Au Canada, il émet 12% des émissions de GES directes et subira une croissance importante d’ici 2030. Accroître l’utilisation des produits du bois pourrait diminuer les impacts climatiques attribués au secteur du bâtiment, ce qui contribuerait à l’atteinte des cibles nationales de réduction des émissions de GES. En stimulant un aménagement forestier durable, cela limiterait aussi les émissions de GES en forêt, en diminuant par exemple les risques de perturbations naturelles. Une gestion intégrée stimulant les secteurs du bâtiment, de la forêt et des produits du bois générerait un maximum de bénéfices environnementaux (i) en maintenant ou augmentant les stocks de carbone en forêt; (ii) en augmentant le stockage temporaire dans les produits du bois; (iii) en encourageant la substitution de matériaux à plus haute empreinte carbone. Le potentiel réel des stratégies d’atténuation faisant intervenir les produits du bois est difficile à quantifier. L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil utilisé en génie environnemental pour déterminer les impacts environnementaux d'un produit ou d'un service sur son cycle de vie. Cependant, en ACV, il n'existe aucun consensus sur la modélisation du carbone issu de processus biologiques, le carbone biogénique. Les ACV traditionnelles (statiques) ne considèrent pas l’influence des aspects temporels; elles reposent souvent sur les hypothèses que le carbone biogénique est (1) carboneutre ou (2) entièrement émis à la récolte. Ceci est problématique car les impacts climatiques d’un GES sont liés aux variations de sa concentration atmosphérique dans le temps. Les méthodes statiques peuvent donc mener à d’importantes erreurs d’estimation. Par exemple, 57% du carbone séquestré dans les produits du bois canadiens entre 1990 et 2008 est encore stocké dans l’anthroposphère. Considérer ce carboneentièrement émis induit une erreur d’estimation de 675 Mt CO2, l’équivalent de 92% des émissions de GES canadiennes en 2014. Les méthodes dites dynamiques permettent de considérer l’influence d’aspects temporels en ACV. Elles permettent d’éviter les hypothèses simplificatrices (1) et (2). Cependant, ces méthodes sont relativement récentes. Il existe peu d’exemples de leur application dans la littérature, notamment dans le domaine de l’ACV du bâtiment, où leur complexité additionnelle en termes de ressources (temps, données) est un enjeu important. L’objectif de ce projet est de comparer les résultats des méthodes statique et dynamique pour l’évaluation des impacts climatiques des produits du bois en ACV du bâtiment. Plus spécifiquement, cet objectif implique d’identifier une méthode dynamique adaptée à l’ACV du bâtiment, puis de l’utiliser dans une étude de cas. Ces objectifs spécifiques sont couverts dans deux articles. Le premier article dresse une revue critique des méthodes de modélisation du carbone biogénique en ACV et identifie la méthode dynamique du potentiel de réchauffement global biogénique (PRGbio) comme bien adaptée à l’ACV du bâtiment. Celle-ci permet d’intégrer des aspects dynamiques à l’ACV du bâtiment sans trop complexifier la collecte de données d’inventaire du cycle de vie. Le second article décrit l’application de la méthode PRGbio à l’étude de cas des Habitations Trentino, un bâtiment en bois situé à Québec. Comparativement à une approche statique, l’approche dynamique entraîne une réduction des impacts climatiques liés à l’utilisation des produits du bois. Ce résultat suggère que les méthodes d’ACV actuelles surévaluent les impacts environnementaux du carbone biogénique, et que des politiques encourageant la construction en bois auraient un potentiel d’atténuation des changements climatiques prometteur.
Le secteur du bâtiment émet jusqu’à 30% des émissions de gaz à effet de serre (GES) mondiales. Au Canada, il émet 12% des émissions de GES directes et subira une croissance importante d’ici 2030. Accroître l’utilisation des produits du bois pourrait diminuer les impacts climatiques attribués au secteur du bâtiment, ce qui contribuerait à l’atteinte des cibles nationales de réduction des émissions de GES. En stimulant un aménagement forestier durable, cela limiterait aussi les émissions de GES en forêt, en diminuant par exemple les risques de perturbations naturelles. Une gestion intégrée stimulant les secteurs du bâtiment, de la forêt et des produits du bois générerait un maximum de bénéfices environnementaux (i) en maintenant ou augmentant les stocks de carbone en forêt; (ii) en augmentant le stockage temporaire dans les produits du bois; (iii) en encourageant la substitution de matériaux à plus haute empreinte carbone. Le potentiel réel des stratégies d’atténuation faisant intervenir les produits du bois est difficile à quantifier. L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil utilisé en génie environnemental pour déterminer les impacts environnementaux d'un produit ou d'un service sur son cycle de vie. Cependant, en ACV, il n'existe aucun consensus sur la modélisation du carbone issu de processus biologiques, le carbone biogénique. Les ACV traditionnelles (statiques) ne considèrent pas l’influence des aspects temporels; elles reposent souvent sur les hypothèses que le carbone biogénique est (1) carboneutre ou (2) entièrement émis à la récolte. Ceci est problématique car les impacts climatiques d’un GES sont liés aux variations de sa concentration atmosphérique dans le temps. Les méthodes statiques peuvent donc mener à d’importantes erreurs d’estimation. Par exemple, 57% du carbone séquestré dans les produits du bois canadiens entre 1990 et 2008 est encore stocké dans l’anthroposphère. Considérer ce carboneentièrement émis induit une erreur d’estimation de 675 Mt CO2, l’équivalent de 92% des émissions de GES canadiennes en 2014. Les méthodes dites dynamiques permettent de considérer l’influence d’aspects temporels en ACV. Elles permettent d’éviter les hypothèses simplificatrices (1) et (2). Cependant, ces méthodes sont relativement récentes. Il existe peu d’exemples de leur application dans la littérature, notamment dans le domaine de l’ACV du bâtiment, où leur complexité additionnelle en termes de ressources (temps, données) est un enjeu important. L’objectif de ce projet est de comparer les résultats des méthodes statique et dynamique pour l’évaluation des impacts climatiques des produits du bois en ACV du bâtiment. Plus spécifiquement, cet objectif implique d’identifier une méthode dynamique adaptée à l’ACV du bâtiment, puis de l’utiliser dans une étude de cas. Ces objectifs spécifiques sont couverts dans deux articles. Le premier article dresse une revue critique des méthodes de modélisation du carbone biogénique en ACV et identifie la méthode dynamique du potentiel de réchauffement global biogénique (PRGbio) comme bien adaptée à l’ACV du bâtiment. Celle-ci permet d’intégrer des aspects dynamiques à l’ACV du bâtiment sans trop complexifier la collecte de données d’inventaire du cycle de vie. Le second article décrit l’application de la méthode PRGbio à l’étude de cas des Habitations Trentino, un bâtiment en bois situé à Québec. Comparativement à une approche statique, l’approche dynamique entraîne une réduction des impacts climatiques liés à l’utilisation des produits du bois. Ce résultat suggère que les méthodes d’ACV actuelles surévaluent les impacts environnementaux du carbone biogénique, et que des politiques encourageant la construction en bois auraient un potentiel d’atténuation des changements climatiques prometteur.
The building sector accounts for up to 30% of global GHG emissions. In Canada, it represents 12% of direct GHG emissions; these impacts are expected to significantly increase before 2030. Using more harvested wood products (HWP) in buildings could reduce the climate change impacts of the building sector and help reach the national mitigation goals set under the Paris Agreement. By encouraging sustainable forest management, this could also reduce forest carbon emissions, e.g. by reducing the risks and consequences of natural disturbances (fires, insects, etc.). Combining (i) sustainable forest management, (ii) temporary carbon storage and (iii) substitution benefits in integrated management approaches could provide large, necessary mitigation benefits. The potential benefits of integrated approaches including HWP are increasingly recognized, but assessing their actual climate impacts remains challenging. Life cycle assessment (LCA) is used in environmental engineering to assess the life cycle impacts products or services. However, there is currently no consensus in LCA on the assessment of carbon from biological processes, biogenic carbon. Traditional (static) practice disregards the influence of time considerations in LCA, and generally considers biogenic carbon (1) carbon neutral or (2) entirely emitted at the moment of harvest. This is a problem, since the climate change impacts of greenhouse gases (GHG) are a function of their atmospheric concentration over time. Disregarding time considerations can thus lead to estimation errors. In Canada, 57% of the biogenic carbon captured in wood products between 1990 and 2008 still remains in the anthroposphere. To consider it entirely emitted at harvest induces an estimation error of 675 Mt CO2, or approximately 92% of total Canadian GHG emissions in 2014. Dynamic approaches include time considerations in LCA and avoid simplifying assumptions (1) and (2). However, dynamic approaches are relatively recent. There are few available case studies and guidelines in the literature, notably in the field of building LCA, where the additional complexity and ressources (time, data) is a concern. The goal of this project is to compare the results of static and dynamic LCA approaches in the analysis of the climate change impacts of HWP in building LCA. More specifically, this goal implies identifying a dynamic approach well adapted to building LCA, and applying it in a case study. These objectives are covered in two articles. The first article is a critical review of biogenic carbon assessment methods in LCA. It identifies the biogenic global warming potential (GWPbio), a dynamic LCA approach, as well adapted for building LCA. The GWPbio approach can include time considerations in LCA, but is less resource-intensive than other approaches. The second article describes the use of GWPbio in the LCA of the Trentino building, a timber building located in Quebec City. Compared to static approaches, using GWPbio reduces the global warming impacts of HWP. This result suggests that current LCIA practice overestimates the impacts of biogenic carbon and HWP. Consequently, encouraging an increased use of HWP in the building sector could provide promising climate change mitigation benefits.
The building sector accounts for up to 30% of global GHG emissions. In Canada, it represents 12% of direct GHG emissions; these impacts are expected to significantly increase before 2030. Using more harvested wood products (HWP) in buildings could reduce the climate change impacts of the building sector and help reach the national mitigation goals set under the Paris Agreement. By encouraging sustainable forest management, this could also reduce forest carbon emissions, e.g. by reducing the risks and consequences of natural disturbances (fires, insects, etc.). Combining (i) sustainable forest management, (ii) temporary carbon storage and (iii) substitution benefits in integrated management approaches could provide large, necessary mitigation benefits. The potential benefits of integrated approaches including HWP are increasingly recognized, but assessing their actual climate impacts remains challenging. Life cycle assessment (LCA) is used in environmental engineering to assess the life cycle impacts products or services. However, there is currently no consensus in LCA on the assessment of carbon from biological processes, biogenic carbon. Traditional (static) practice disregards the influence of time considerations in LCA, and generally considers biogenic carbon (1) carbon neutral or (2) entirely emitted at the moment of harvest. This is a problem, since the climate change impacts of greenhouse gases (GHG) are a function of their atmospheric concentration over time. Disregarding time considerations can thus lead to estimation errors. In Canada, 57% of the biogenic carbon captured in wood products between 1990 and 2008 still remains in the anthroposphere. To consider it entirely emitted at harvest induces an estimation error of 675 Mt CO2, or approximately 92% of total Canadian GHG emissions in 2014. Dynamic approaches include time considerations in LCA and avoid simplifying assumptions (1) and (2). However, dynamic approaches are relatively recent. There are few available case studies and guidelines in the literature, notably in the field of building LCA, where the additional complexity and ressources (time, data) is a concern. The goal of this project is to compare the results of static and dynamic LCA approaches in the analysis of the climate change impacts of HWP in building LCA. More specifically, this goal implies identifying a dynamic approach well adapted to building LCA, and applying it in a case study. These objectives are covered in two articles. The first article is a critical review of biogenic carbon assessment methods in LCA. It identifies the biogenic global warming potential (GWPbio), a dynamic LCA approach, as well adapted for building LCA. The GWPbio approach can include time considerations in LCA, but is less resource-intensive than other approaches. The second article describes the use of GWPbio in the LCA of the Trentino building, a timber building located in Quebec City. Compared to static approaches, using GWPbio reduces the global warming impacts of HWP. This result suggests that current LCIA practice overestimates the impacts of biogenic carbon and HWP. Consequently, encouraging an increased use of HWP in the building sector could provide promising climate change mitigation benefits.

Cette thèse vise à fournir des bases d’informations et des outils qui font actuellement défaut dans l’analyse environnementale des filières biocarburant, en particulier dans l’analyse de cycle de vie (ACV). Ce travail comprend deux volets complémentaires. Le premier volet s’intéresse aux filières biocarburants à l’échelle internationale. Une étude descriptive permet de définir le système PEC (Production, Elaboration, Consommation) pour représenter ces filières. Dans cette représentation, un outil de reconstitution des filières basé sur les flux d’échanges internationaux en bioproduits est développé. Appliqué aux consommations de biodiesel de l’Union Européenne (UE), cet outil montre que les surfaces agricoles mobilisées au sein l’UE passent de 72% du total en 2004 à 24 % en 2009. Les surfaces agricoles « distantes » (hors UE) sont à la fois mobilisées par importations de bioproduits (22 à 46%) et à travers les importations directes de biodiesel (0 à 40%). Cet outil produit des matrices d’allocations d’impacts basées sur les consommations nationales, utiles pour l’ACV. Le deuxième volet s'intéresse aux zones de production de matières premières en considérant une échelle locale afin d’intégrer leurs hétérogénéités spatiales et leurs spécificités territoriales. Les zones de production sont localisées dans les principaux pays producteurs approvisionnant les filières biocarburants de l’UE. L’examen de ces situations de production permet d’identifier la nature des impacts locaux in situ et d’en analyser la criticité en fonction du contexte national et territorial. Des approches spatialisées à partir de Systèmes d’Information Géographique (SIG) sont appliquées aux filières bioéthanol au Brésil. Ces approches aboutissent à la caractérisation des zones d’emprises dues aux unités de bioéthanol au Brésil, ainsi qu’à la mesure d’indicateurs propres aux différents bassins de production identifiés (stabilité spatiotemporelle de l’expansion de la canne à sucre). La compréhension des structurations et des interactions à l’échelle des filières couplée à la mise en œuvre d’approches spatialisées conduit à mieux prendre en compte les aspects spatiaux prépondérants dans l’analyse environnementale et les études ACV des biocarburants consommés en Europe
This work aims to provide informations and tools that are currently lacking in the environmental analysis of biofuels, especially in the life cycle analysis (LCA). This work includes two complementary parts. The first part focuses on biofuels supply chains at international scale. A descriptive study allows us to define the PEC system (Production, Elaboration, Consumption) to represent these supply chains. A tool is developed to describe and quantify PEC entities from biofuel consumption to areas of primary crops production. This tool is applied to biodiesel consumption in the EU using bioproducts flows data taken from international trade databases. It shows that biodiesel consumption involves a rapidly growing contribution of crop areas outside the EU (Non-EU), increasing from 28% in 2004 to 76% in 2009. Non-EU crop areas are indeed simultaneously mobilised through imports of bioproducts (22-46%) and through direct imports of biodiesel (0-40%). This tool eventually produces allocation matrices, based on national consumption, which are useful for LCA. The second part focuses on primary crops areas by considering a local level in order to integrate their spatial heterogeneities and territorial specificities. Primary crop areas in major producing countries supplying EU's biofuel consumptions are localised. Examination of the production situation in important countries allows to identify the nature of in situ local impacts and to study criticality of impacts in the national and territorial context. Then, spatial approaches based on Geographic Information Systems (GIS) are applied to bioethanol industries in Brazil. In this approach, about 620 ethanol plants in Brazil are localised using GIS and their supply areas are characterised. This leads to the measurement of specific indicators, such as spatiotemporal patterns of sugarcane expansion. These results are a contribution to the understanding of the structure and interactions among supply chains and to a better consideration of the spatial aspects in environmental analysis and LCA studies of biofuels consumed in Europe