Ce travail s'inscrit dans l'effort d'optimiser l'utilisation des ressources énergétiques en valorisant des rejets thermiques industriels à basse température tels que ceux trouvés dans les alumineries québécoises. Deux systèmes de valorisation de chaleur sont détaillés et analysés. Le premier système est constitué de deux échangeurs de chaleur, l'un situé à la source de chaleur et l'autre à la charge, et d'une boucle intermédiaire dans laquelle circule un fluide caloporteur chargé de transférer la chaleur d'un site à l'autre. Le deuxième système est constitué d'un cycle de Rankine organique (ORC), qui produit de l'électricité, et d'une pompe à chaleur (PAC), qui consomme de l'électricité et produit de la chaleur. La question fondamentale à laquelle ce travail essaie de répondre est: Quel est le meilleur système ? Quatre critères ont été utilisés pour répondre à cette question: 1) le rendement énergétique, 2) le rendement exergétique, 3) l'attrait économique et 4) l'impact sur l'environnement. Concernant le rendement énergétique, le système 1 est plus attrayant avec un rendement de 70% contre 21% pour le système 2. Concernant le rendement exergétique, le système 1 est également plus attrayant avec 30% contre 9% pour le système 2. Le système 1 semble légèrement plus intéressant que le système 2 pour l'attrait économique avec un coût d'investissement plus faible se traduisant pour un taux de rendement interne (TRI) sur 15 ans de 10.9% contre 7.5%. L'analyse économique est toutefois sensible aux hypothèses émises, qui peuvent varier grandement d'un site à l'autre. L'analyse du cycle de vie démontre de manière non équivoque que le système 1 est plus dommageable pour l'environnement, notamment en raison de la quantité de béton nécessaire à sa construction. Ce travail contient deux articles de conférence et un article de journal (soumis, mais non accepté à la date de dépôt de ce mémoire). L'analyse à l'aide de nombres sans dimension du système 1 permet d'identifier les variables non-dimensionnelles qui ont le plus d'influence sur les indices de performance de ce système. La méthode des moindres carrés est utilisée pour développer des corrélations entre chacun des indicateurs de performance et les variables non-dimensionnelles, et l'application de ces corrélations pour la conception d'un tel système est démontrée par un exemple qui utilise un algorithme génétique qui détermine les conditions maximisant l'efficacité exergétique.

A presente se tese desenvolve uma metodologia para comparar as substâncias emitidas na construção e operação de sistema frigorífico por absorção e por compressão de vapor de amônia usando a metodologia denominada Análise do Ciclo de Vida (ACV). Pesquisas bibliográficas feitas pelo autor desse trabalho permitem a conclusão de haver poucas informações que permitam a elaboração de um inventário de ciclo de vida para ciclo frigorífico por absorção e por compressão de vapor tendo como fluido de trabalho a amônia. Realizado todo o dimensionamento termodinâmico e mecânico dos ciclos e aplicada a metodologia ACV, os resultados demonstram que a operação do ciclo frigorífico por compressão produz 626,91% mais de hidrocarbonetos quando comparada com a quantidade emitida devido a construção. Demonstram ainda que as substâncias emitidas são diferentes para o ciclo por absorção e para o por compressão de vapor de amônia. / This thesis proposes to develop a way to compare the substances emitted in the construction and operation of a refrigeration cycle by absorption and compression of vapor ammonia using the methodology called Life Cycle Analysis (ACV). Bibliographic researches made by the author of this study suggest there is little information to allow the construction of an inventory of the life cycle to a refrigeration systems. Carried out all the thermodynamic and mechanical design cycles and applied the ACV methodology, the results demonstrate that the operation of the compression cycle produce 626,91% more hydrocarbon in comparison with the construction. The results shows that the substances emitted by absorption or compression cycle are different.

Recentemente, a sociedade tem empreendido ações visando minimizar os impactos ambientais associados ao atendimento de suas necessidades. A reciclagem é uma atividade de destaque e que pode contribuir para que este novo objetivo seja atingido. Porém, as eventuais vantagens decorrentes da reciclagem devem ser analisadas de forma quantificada e sistêmica, ou seja, através de estudos de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) dos produtos. Por outro lado, o método de execução de estudos de ACV apresenta aspectos não consolidados. Um exemplo, é a modelagem de sistemas de produto que envolvam o reaproveitamento de rejeitos, para a qual não há consenso na comunidade científica a respeito da abordagem mais adequada. Neste contexto, esta pesquisa visa a consolidação das alternativas para a abordagem do reaproveitamento de rejeitos em estudos de ACV. Os modelos identificados variam, basicamente, segundo três abordagens. Uma delas é baseada na expansão do sistema, com o objetivo de se evitar a necessidade de alocação de cargas ambientais. Esta abordagem tem a vantagem de considerar diretamente os eventuais benefícios decorrentes do reaproveitamento dos resíduos. Já a segunda abordagem baseia-se na alocação das cargas ambientais associadas aos processos de obtenção das matérias-primas e/ou ao reaproveitamento em si, bem como a disposição final dos rejeitos entre os Sistemas de Produto envolvidos. Por fim, a última abordagem prega a atribuição das cargas ambientais associadas aos processos citados anteriormente exclusivamente à função atendida por cada sistema. Assim, o sistema que fornece um produto pós-consumo para o reaproveitamento arca com as cargas decorrentes da obtenção das matérias-primas, enquanto o sistema que reaproveita o produto pós-consumo fica responsável pelas cargas associadas à reciclagem em si, bem como à eventual disposição final. Salienta-se que este tipo de modelagem privilegia as situações em que um determinado sistema de produto utiliza insumos reciclados, uma vez que estes entram no sistema livres de carga ambiental pregressa. / Recently, human society has taken actions in order to minimize the environmental impacts associated with meeting their needs. Recycling is an important activity that can contribute to the achievement of this new goal. However, the possible benefits of recycling should be considered systemically, i.e., through Life Cycle Assessment (LCA) of products. On the other hand, LCA method implementation has some unconsolidated aspects. One example is the modeling of product systems end-of-life involving waste recycling, for which there is no consensus in the scientific community regarding the most appropriate approach. In this context, this research aims to consolidate the alternative approaches for modeling wastes recycling in LCA studies. The identified models vary primarily according to three approaches. One of them is based on product system expansion in order to avoid the need for environmental burdens allocation. This approach has the advantage of directly considering the possible benefits of reusing waste. The second approach is based on the allocation of environmental burdens associated with raw materials processing, recycling and final waste disposal between product systems involved. Finally, the last approach considers the attribution of environmental burdens associated with the mentioned processes exclusively the function served by each system. Thus, the system providing a post-consumer product for reuse bears the burdens arising from raw materials processing, while the system that recoveries the post-consumer product is responsible for the loads associated with the recycling as well as eventual final waste disposition. It is noted that this modeling approach favors situations in which a particular system uses a recycled product as raw material, since they enter the product system free of previous environmental burdens.

O desafio de se atingir o desenvolvimento sustentável tem levado os sistemas produtivos buscar um equilíbrio entre os aspectos ambientais, econômicos e sociais. Com relação ao uso dos recursos hídricos, a aqüicultura se mostra, no Brasil, como uma atividade economicamente emergente, mas que precisa considerar os aspectos de sustentabilidade em sua produção. O presente trabalho apresenta como objetivo avaliar os potenciais impactos causados pelas atividades de piscicultura e pesque-pague no corpo hídrico, localizado na região de montante da bacia hidrográfica do rio Mogi-Guaçu. Dentre as metodologias de avaliação de impactos ambientais, pode-se destacar a Avaliação do ciclo de vida (ACV) por seu caráter sistêmico, e por isso é utilizada neste trabalho. Para o desenvolvimento do estudo da ACV, foi utilizado o método Environmental Design of Industrial Products - EDIP, alguns métodos de caracterização hídrica na fase de inventário da ACV e uma avaliação qualitativa da introdução de espécies não nativas em uma região. Os resultados deste trabalho estão estruturados de acordo com a metodologia da ACV, aplicada ao pescado advindo de pesque-pague em estudo de caso localizado na região de montante da bacia hidrográfica do rio Mogi-Guaçu. A unidade funcional adotada é a quantidade de kcal contida em um kg de filé de peixe. A utilização da metodologia da ACV na produção animal permite uma avaliação quantitativa dos principais impactos ambientais gerados ao longo do seu ciclo de vida, permitindo acompanhar o comportamento ambiental de cada unidade de processo. A piscicultura se mostra como a maior consumidora dos recursos naturais não renováveis e, seu efluente apresenta um maior potencial de acidificação, em relação ao pesque-pague. O pesque-pague, por sua vez, se mostra como o maior consumidor dos recursos naturais renováveis e seu efluente apresenta um maior potencial de eutrofização, ecotoxicidade e de toxicidade humana. O consumo de energia elétrica é, praticamente, equivalente por parte das atividades de piscicultura e pesque-pague. Qualitativamente, avaliaram-se os potencias impactos decorrentes da introdução de espécies exóticas e alóctones, diagnosticando as principais espécies comercializadas nos pesque-pague, presentes na bacia hidrográfica do rio Mogi-Guaçu. Portanto, as atividades de piscicultura e pesque-pague apresentam potenciais de impactos ambientais negativos ao corpo hídrico da região e precisam adotar medidas para reduzi-los, tais como, redução do uso de substâncias químicas e melhoria da qualidade dos alimentos dos peixes. / The challenge to reach the sustainable development has taken the production systems to search a balance among the environmental, economical and social aspects. For the hydraulic resources consumption, the water based activities in Brazil show as economically emergent, but need to include the sustainable aspects in the production. The goal of this dissertation is to evaluate the potential impacts in the water caused for the activities of fish production and fishery, located in the region of the water basin of the Mogi-Guaçu river. Among the methodologies of environmental impact assessment, the life cycle assessment (LCA) can be focused, because of its systemic aspect and that\'s why it is applied in this work. For the development of the study of this LCA, the methods used are the Environmental Design of Industrial Products - EDIP, some water characterization methods for the inventory analysis of the LCA and a qualitative analysis of the impacts of the inclusion of fishes which are not from the region studied. The results of this work are structured according the LCA methodology, applied to the fish from fish production and fishery in a study case located at the water basin of the Mogi-Guaçu river. The functional unit is the amount of kcal contained in one kg of filet of fish. The use of the methodology of the LCA in the animal production allows a quantitative evaluation of the main environmental impacts caused by its cycle of life, allowing the monitoring of the environmental behavior of each unit of process. The fish production is the highest consumer of the non renewable resources and its water emissions present the highest potential for acidification. The fishery is the highest consumer of renewable resources and its water emissions present the highest potential for nutrient enrichment, ecotoxicity and of human toxicity. The consumption of electric energy is, basically, equal on the activities of fish production and fishery. Qualitatively, it was evaluated the ecological impacts due to the inclusion of fishes which are not from the region studied. Concluding, the activities of fish production and fishery present negative impact potentials for the water quality and some actions should be done to reduce these impacts, as, chemical consumption reductions and a better quality food for the fishes.

A normalização é uma importante etapa da Avaliação do Ciclo de Vida, uma vez que fornece uma unidade comum, permitindo a comparação das diferentes categorias de impacto. A referência de normalização mais utilizada considera o impacto das atividades totais da sociedade num certo período de tempo. Estes dados são inexistentes no Brasil para impactos regionais e locais, de forma que este trabalho objetivou iniciar o preenchimento dessa lacuna, com os fatores de normalização para as categorias \"acidificação\" e \"eutrofização\", no estado de São Paulo. Tais fatores foram calculados com base em um inventário das estimativas anuais de aporte ao meio ambiente de substâncias contribuintes para estas categorias, cuja realização possibilitou a análise do estado da arte desses impactos em São Paulo e dos setores responsáveis pela geração das substâncias contribuintes. Conforme esperado, os fatores (ou referências) de normalização encontrados foram diferentes daqueles por hora utilizados no Brasil, baseados em dados europeus. Entre as razões que explicam esta diferença estão a baixa emissão de \'SO IND.X\' devido a matriz energética brasileira, o uso de etanol com combustível e o despejo de esgoto sem tratamento (ou tratamento inadequado). / Normalization is an important step in Life Cycle Assessment as it provides a common unit, allowing the comparison of the different impact categories. The normalization reference most widely used considers the \"background\" impact from the total activities of society in a chosen reference period. These data are inexistent in Brazil for regional and local impacts so that this work aimed to begin filling this lack, first developing normalization factors for the categories \"acidification\" and \"eutrophication\" in the state of Sao Paulo. These factors were calculated from an inventory of the annual load to the environment of substances contributing to these categories; the production of this inventory allowed the analysis of a) the state of the art of these impacts in Sao Paulo and b) the sectors responsible for the generation of contributors. As expected, normalization factors (or references) were different from those currently used in Brazil, based on European data. Among the reasons for this difference are lower \'SO IND.X\' emissions due to the Brazilian energy matrix, the use of ethanol as fuel and disposal of sewage without treatment (or mistreatment).

Le véhicule électrique est aujourd'hui présenté comme l'une des solutions alternatives sérieuses au véhicule à moteur à combustion interne, visant à limiter la consommation d'énergies fossiles, ainsi que les émissions de polluants locaux et de gaz à effet de serre. L'évaluation des forces et faiblesses de cette technologie au regard de l'environnement est aujourd'hui limitée, compte tenu notamment du peu de retour d'expérience sur ce type de véhicules.L'objectif de ce travail de recherche est de proposer une approche combinant une connaissance fine du véhicule étudié (obtenu notamment par des essais expérimentaux et l'utilisation de modèles de consommation) et de la méthode d'évaluation environnementale Analyse de Cycle de Vie (ACV), pour identifier les paramètres clefs du bilan environnemental, et par différentes analyses de sensibilité, d'en proposer une analyse détaillée. Pour y parvenir, des essais expérimentaux ont été réalisés sur un véhicule électrique à usage essentiellement urbain et son équivalent thermique. Un modèle permet d'estimer les consommations de véhicules selon leurs spécificités (chimie et capacité de batterie, rendement de la chaîne de traction) et leurs conditions d'utilisation (trafic, usages d'auxiliaires). Des hypothèses et scénarios sont également établis sur la durée de vie des batteries qui équipent le véhicule. Les jeux de données obtenus sont mis en œuvre dans l'ACV d'un véhicule électrique, et les résultats obtenus interprétés puis comparés à ceux du véhicule thermique équivalent. Enfin, analyses de sensibilité et test de divers scénarios permettent l'identification des paramètres clefs du bilan environnemental.

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.

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 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.

L'objectif général de la thèse est de développer et valider un référentiel d'évaluation de la performance environnementale des techniques d'épandage basé sur l'Analyse de Cycle de Vie (ACV). Une première ACV a montré que la fabrication et le fonctionnement des machines avaient une contribution négligeable par rapport aux impacts générés par les substances azotées (NH3, N2O et NO3-) émises par le sol fertilisé. Ces émissions sont conditionnées par le sol, le climat et les pratiques culturales et ont un caractère éminemment local. Cela pose un défi à l'ACV, méthode globale basée sur une absence de différentiation spatiale des systèmes étudiés. Pour prendre en compte la variabilité des émissions azotées à la parcelle dans l'ACV de la fonction d'épandage, deux approches ont été suivies: (A) l'utilisation de données expérimentales issues de la bibliographie qui a permis de hiérarchiser de manière robuste quatre techniques d'épandage, de quantifier la variabilité des émissions et de discuter l'incertitude induite sur les résultats de l'évaluation. (B) l'utilisation de données simulées avec des modèles de physique des sols, d'agro-climatologie et d'agronomie. Un outil de simulation intégrateur a été construit pour modéliser les effets sur les émissions azotées de i) l'enfouissement de l'effluent dans le sol, ii) du tassement du sol par les engins agricoles, et iii) la répartition spatiale de l'effluent sur la parcelle. Ces effets ont été simulés sur 5 sites en France pendant 7 années. La variabilité des émissions estimées par les deux approches est comparable. L'utilisation de modèles a permis d'évaluer la contribution des effets élémentaires des épandeurs sur les émissions azotées et de hiérarchiser la performance des techniques d'épandage dans une gamme de situations contrastées. Finalement, une méthodologie permettant la prise en compte de la variabilité dans l'inventaire environnemental des produits agricoles est proposée.

Esta tesis se centra en el desarrollo de metodologías que permitan evaluar los impactos ambientales en dos categorías de impacto que no han sido comúnmente incluidas hasta la fecha en las aplicaciones prácticas del ACV, como son la de ruido y la de uso de suelo. Estos métodos permitirán el desarrollo consecuente de indicadores de impacto. En el caso del ruido, el método está basado en el análisis de la metodología de la cadena 'causa-efecto', para calcular los efectos del ruido causados por el transporte. Para ello se modifica la variable 'número de vehículos' para así calcular el incremento del ruido provocado y cuantificar los efectos sobre la población afectada. Con fines ilustrativos, se aplica para el cálculo del impacto sobre la salud humana del ruido causado por el tráfico en Madrid y en el conjunto global de carreteras de España para el año 2006. En el caso de la categoría de uso de suelo, la metodología desarrollada se basa en la relativización de los principales impactos causados en la transformación de un determinado territorio mediante el uso de la técnica de decisión multicriterio Proceso Analítico Jerárquico (AHP). La aplicación de este método se ejemplifica con la evaluación del impacto ambiental de una transformación de uso de suelo hipotética en distintas zonas de España.