L’évaluation environnementale est une discipline scientifique indispensable à la construction d’une société durable. L’outil le plus communément utilisé est l’Analyse du Cycle de Vie, dans lequel l’impact lié à l’épuisement des ressources y est fréquemment évalué à partir des stocks mondiaux disponibles, les taux d’extraction et leur valeur relative pour l’utilisateur. Cette approche n’est cependant pas applicable aux ressources renouvelables, comme l’eau douce et les services écosystémiques, qui, par définition, ne sont pas des stocks. L’évaluation émergétique (EME), en revanche, détermine la valeur d’une ressource (renouvelables ou non) à partir de la description des mécanismes naturels qui la génèrent. L’ACV et l’EME présentent donc un intéressant potentiel d’hybridation, la première fournissant une représentation détaillée des étapes du cycle de vie d’un produit, tandis que la seconde permet de comptabiliser la valeur des ressources renouvelables et fossiles avec une unité de mesure commune.Dans cette thèse, une méthodologie hybride récemment développée est appliquée à quatre usines de production d’eau potable, afin d’analyser la valeur ajoutée et les limites actuelles du modèle hybride. Les améliorations proposées incluent l’adaptation des indicateurs émergétiques au modèle hybride et la caractérisation des ressources d’eau douce grâce à l’emploi de Systèmes d’Information Géographique (SIG). Les outils informatiques élaborés, tels que la SIG et la modélisation dynamique, permettraient d’enrichir sensiblement les méthodes actuelles d’évaluation environnementale. La faisabilité de cette opportunité est démontrée dans cette étude par la validation de l’approche conceptuelle / Environmental assessment is a scientific discipline essential for the construction of a sustainable society. The most commonly used tool is Life Cycle Assessment (LCA), in which the impact related to resource depletion is often assessed considering global available stocks, extraction rates and relative value of the resource for the user. However, this approach cannot be applied as such to renewable resources such as freshwater and ecosystem services, which are not, by definition, stocks. In contrast, Emergy evaluation (EME) determines the value of a resource (renewable or not) from the description of the natural mechanisms that produce it. Therefore, LCA and EME present an interesting hybridation potential, the former providing a detailed representation of a product's lifecycle, while the latter allows accounting for the value of both renewable and non-renewable resources with the same rationale.In this PhD, a recently-developed hybrid framework is applied to four potable water production sites, in order to analyze the added value and current limitations of using detailed LCA databases in EME. Suggested improvements include the adaptation of emergy indicators to the hybrid framework, and freshwater resource characterization using Geographic Information Systems (GIS). Elaborated computational tools such as GIS and dynamic modeling could provide great benefits to current environmental assessment methods. The feasibility of using them is demonstrated in this study by validating the conceptual approach

En 1987, la commission sur l'environnement et le développement des Nations-Unies définissait le développement soutenable/durable par ‘‘un développement qui répond aux besoins actuels sans compromettre les capacités des générations futures à répondre au leur’’. Cette définition vise à améliorer/maintenir la qualité de vie de l'humanité avec le temps en perspective. Le développement durable met en exergue trois actions : la diminution des besoins, l'utilisation d'énergies propres et renouvelables et le recyclage. Cette thèse vise à proposer des éléments de réponses à trois questions scientifiques : RQ1 : Comment évaluer l'impact environnemental résultant de l'exploitation des ressources minérales, en tenant en compte de leur abondance, de leur composition chimique, de leurs propriétés physiques et des effets de leur extraction?RQ2 : Comment évaluer la performance du recyclage, en prenant en compte les différentes pertes (de quantité et de qualité)?RQ3 : Substituer de l'énergie fossile par de la biomasse s'inscrit-il toujours dans le cadre du développement durable?La méthode émergétique est principalement utilisée pour cette recherche. Elle est complétée par l'exergético-écologie, l'empreinte carbone ou l'analyse exergétique du cycle de vie.L'émergie spécifique initiale (avant exploitation) des 42 minéraux les plus utilisés dans l'industrie est proposée, tout en respectant le principe de hiérarchisation des matériaux formulé par Odum. La performance environnementale du recyclage métallurgique a été étudiée tout en tenant compte des pertes de matière et de qualité. Une transformité moyenne et trois ratios sont proposés, permettant de quantifier une solution qualifiable de ‘‘éco-conception’’. Finalement, l'intérêt d'une substitution d'un combustible fossile par de la biomasse a été analysé à l’aide de deux exemples concrets. / In 1987, the United Nations World Commission on Environment and Development defined sustainable development as ‘‘development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs’’. The aim is to continuously improve the quality of life for both current and future generation without increasing the use of natural resources beyond the Earth's carrying capacity. The entire life-cycle of natural resources, from their extraction to their final disposal as waste, engenders negative environmental impacts. Waste recycling and the substitutionof excessively polluting resources with alternatives are considered as the key components of sustainable resource management. The flow of the thesis is formalized in the following three research questions:RQ1: Is it possible, and if so how, to assess the environmental impacts resulting from the exploitation of mineral resources, taking into account their abundance, their chemical and physical properties and the effects of their extraction?RQ2: Is it possible, and if so how, to evaluate the environmental performance of recycling, taking into account the chemical, physical and thermodynamic limits of the process?RQ3: To which extent a partial or complete substitution of fossil fuels with biomass is an environmentally friendly solution?The work is essentially based on the emergy approach, but also other environmental assessment tools has been used such as the exergoecology approach, the exergetic life cycle assessment and the carbon footprint. The specific emergy of about 42 main commercially used minerals has been calculated, respecting the material hierarchy developed by Odum. The environmental performance of metallurgical recycling has been studied, taking into account for the material and quality losses during the process. The use of an average transformity is proposed and three sustainability ratios have been defined to assess the benefits and limits of recycling processes. Finally, in order to determine the environmental impact of using biomass as substitute for fossil fuels, two concrete examples has been studied.

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