L'hydrogène est l'un des vecteurs énergétiques les plus prometteurs dans la recherche d'un mix énergétique plus durable. Plusieurs études et feuilles de route ont été réalisées sur le potentiel d'une économie « hydrogène » et ont identifié que même si de nombreuses technologies requisessont déjà disponibles aujourd'hui, le déploiement d'infrastructures hydrogène constitue la tâche la plus difficile de son développement, dont la mesure où on doit atteindre des coûts compétitifs et avoir l'acceptation du marché. La conception de la chaîne logistique de l’hydrogène (HSC), enparticulier à des fins de mobilité, implique une série de décisions importantes à différents niveaux (sources d'énergie, production, transport et stockage) et peut être considérée comme un problème multi-échelle et multi-période avec plusieurs parties prenantes. L'objectif de ce travail est de proposer un cadre méthodologique pour aborder le problème de conception de la HSC de manière complémentaire au travail proposé dans le travail de doctorat de (Sofia de Leon Almaraz, 2014) dans lequel une formulation multi-objectif a été mise en œuvre via la méthodologie - contrainte pour obtenir le front de Pareto, en optimisant trois objectifs en même temps : le coût journalier total, le potentiel de réchauffement global et un indice de risque de sécurité. Une analyse de sensibilité basée sur un plan d'expérience en utilisant les méthodes de plan factoriel et surface de réponse a été réalisée pour identifier les principaux paramètres (facteurs) et leur interaction affectant le critère économique, soit le coût journalier total (TDC) (réponse), englobant les coûts capitaux et opérationnels. Cette analyse de sensibilité souligne que la demande est de loin le paramètre le plus important qui conditionne fortement le critère TDC, de sorte que davantage d'efforts sont nécessaires pour modéliser l'incertitude de la demande de façon homogène. Dans la formulation initiale de la conception de la HSC, la taille du problème liée au nombre de variables binaires conduit souvent à des difficultés pour résoudre le problème. Dans ce travail, le potentiel des algorithmes génétiques (GA) via une variante de NSGA-II est exploré pour faire face à la formulation multi-objectif, afin de produire automatiquement le front de Pareto. La formulation du modèle a ensuite été étendue pour tenir compte de l'incertitude de la demande, ce qui donne plus de robustesse à l'approche proposée. Deux études de cas soutiennent cette analyse : d'abord au niveau régional, les résultats de la conception de la HSC pour l'ancienne région Midi-Pyrénées obtenus avec les deux modèles sont comparés. Les solutions obtenues par GA présentent le même ordre de grandeur que celles obtenues avec MILP (Programmation Linéaire en Nombres Entiers) dans le problème mono-critère, mais de meilleures solutions de compromis sont produites dans la formulation multi-objectif et des résultats plus flexibles sont obtenues avec la modélisation de l’incertitude de demande. Puis l’écosystème aéroportuaire, Tarbes-Lourdes, a été étudié : l'infrastructure aéroportuaire est une étude de cas intéressante, car un aéroport est une source d'émissions qui affectent le climat à cause des émissions générées par les activités faites à l'intérieur et à l'extérieur du périmètre de l'aéroport, liées à l’opération et utilisation de l’aéroport. Enfin, une analyse post-optimale sur une solution de compromis de la HSC est réalisée sur la base d'une évaluation sociale, via deux analyses coûts-bénéfices (CBA) d'un point de vue social (SCBA) et gouvernemental (subventions et taxes), montrant que l'incorporation d'externalités aide à financer une proportion importante des coûts. L'approche SCBA pour le déploiement de l'hydrogène intègre les avantages sociétaux induits à travers la réduction des émissions de gaz à effet de serre, la réduction de la pollution atmosphérique mais aussi les coûts sociaux par l'augmentation de la consommation de platine.

Les éco-matériaux présentent un certain nombre de caractéristiques intéressantes comparativement à des solutions techniques ou architecturales classiques. Les critères de différenciation utilisés étaient jusqu'alors souvent liés à la préservation de l'environnement et de la santé. L'objectif de cette thèse est d'étudier les caractéristiques techniques, économiques et financières présentées par ces matériaux plus respectueux de l'environnement en regroupant des informations de référence sélectionnées au sein d'un référentiel proposé. La première partie de ce travail situe la thématique des éco-matériaux dans le contexte de la conception de bâtiments à qualité environnementale. Une deuxième partie précise la place des éco-matériaux au sein des systèmes de management de la qualité environnementale du bâti (SMQEB) internationaux et Européens. Le cahier des charges d'une méthode d'aide au choix d'éco-matériaux y est exposé. La troisième partie concerne la conception d'un outil d'aide à la prescription technique, économique et financière d'éco-matériaux. La dernière partie recentre sur un territoire d'étude la méthodologie élaborée et testée : la région Nord Pas de Calais. Un système constructif élaboré, un rampant de toiture, est utilisé comme base pour la comparaison d'un assemblage de solutions éco-construites et conventionnelles. Les critères techniques, économiques, financiers, environnementaux et de santé utilisés sont in fine traduits en ratio coûts / bénéfices

L'hydrogène est l'un des vecteurs énergétiques les plus prometteurs dans la recherche d'un mix énergétique plus durable. Plusieurs études et feuilles de route ont été réalisées sur le potentiel d'une économie « hydrogène » et ont identifié que même si de nombreuses technologies requisessont déjà disponibles aujourd'hui, le déploiement d'infrastructures hydrogène constitue la tâche la plus difficile de son développement, dont la mesure où on doit atteindre des coûts compétitifs et avoir l'acceptation du marché. La conception de la chaîne logistique de l’hydrogène (HSC), enparticulier à des fins de mobilité, implique une série de décisions importantes à différents niveaux (sources d'énergie, production, transport et stockage) et peut être considérée comme un problème multi-échelle et multi-période avec plusieurs parties prenantes. L'objectif de ce travail est de proposer un cadre méthodologique pour aborder le problème de conception de la HSC de manière complémentaire au travail proposé dans le travail de doctorat de (Sofia de Leon Almaraz, 2014) dans lequel une formulation multi-objectif a été mise en œuvre via la méthodologie - contrainte pour obtenir le front de Pareto, en optimisant trois objectifs en même temps : le coût journalier total, le potentiel de réchauffement global et un indice de risque de sécurité. Une analyse de sensibilité basée sur un plan d'expérience en utilisant les méthodes de plan factoriel et surface de réponse a été réalisée pour identifier les principaux paramètres (facteurs) et leur interaction affectant le critère économique, soit le coût journalier total (TDC) (réponse), englobant les coûts capitaux et opérationnels. Cette analyse de sensibilité souligne que la demande est de loin le paramètre le plus important qui conditionne fortement le critère TDC, de sorte que davantage d'efforts sont nécessaires pour modéliser l'incertitude de la demande de façon homogène. Dans la formulation initiale de la conception de la HSC, la taille du problème liée au nombre de variables binaires conduit souvent à des difficultés pour résoudre le problème. Dans ce travail, le potentiel des algorithmes génétiques (GA) via une variante de NSGA-II est exploré pour faire face à la formulation multi-objectif, afin de produire automatiquement le front de Pareto. La formulation du modèle a ensuite été étendue pour tenir compte de l'incertitude de la demande, ce qui donne plus de robustesse à l'approche proposée. Deux études de cas soutiennent cette analyse : d'abord au niveau régional, les résultats de la conception de la HSC pour l'ancienne région Midi-Pyrénées obtenus avec les deux modèles sont comparés. Les solutions obtenues par GA présentent le même ordre de grandeur que celles obtenues avec MILP (Programmation Linéaire en Nombres Entiers) dans le problème mono-critère, mais de meilleures solutions de compromis sont produites dans la formulation multi-objectif et des résultats plus flexibles sont obtenues avec la modélisation de l’incertitude de demande. Puis l’écosystème aéroportuaire, Tarbes-Lourdes, a été étudié : l'infrastructure aéroportuaire est une étude de cas intéressante, car un aéroport est une source d'émissions qui affectent le climat à cause des émissions générées par les activités faites à l'intérieur et à l'extérieur du périmètre de l'aéroport, liées à l’opération et utilisation de l’aéroport. Enfin, une analyse post-optimale sur une solution de compromis de la HSC est réalisée sur la base d'une évaluation sociale, via deux analyses coûts-bénéfices (CBA) d'un point de vue social (SCBA) et gouvernemental (subventions et taxes), montrant que l'incorporation d'externalités aide à financer une proportion importante des coûts. L'approche SCBA pour le déploiement de l'hydrogène intègre les avantages sociétaux induits à travers la réduction des émissions de gaz à effet de serre, la réduction de la pollution atmosphérique mais aussi les coûts sociaux par l'augmentation de la consommation de platine. / Hydrogen is one of the most promising energy carriers in the quest for a more sustainable energy mix. Several studies and roadmaps have been carried out about the potential of a « hydrogen » economy and have identified that even if many of the required technologies are already available today, the deployment of hydrogen infrastructures constitutes the most challenging task for its development, so as to achieve competitive costs and mass market acceptance. The design of a hydrogen supply chain (HSC), in particular for mobility purpose, involves a series of important decisions at different levels, i.e. energy sources, production, transportation and storage and can be viewed as a multi-echelon, multi-objective and multi-period problem with multiple stakeholders. The objective of this work is to propose a methodological framework to tackle the HSC design problem in a complementary manner to the work proposed in the PhD work of (Sofia de Leon Almaraz, 2014) in which a multi-objective formulation was implemented via the -constraint method to generate the Pareto front, optimising three objectives at the same time, total daily cost, global warming potential and a safety risk index. A sensitivity analysis based on a design of experiments through the Factorial Design and Response Surface methods was carried to identify the major parameters (factors) and their interaction affecting the economic criterion, i.e., the total daily cost (TDC) (response), encompassing capital and operational expenditures. This sensitivity analysis highlights that the demand is by far the most significant parameter that strongly conditions the TDC criterion so that more effort is needed to model demand uncertainty consistently in HSC design, especially since a long horizon time is considered for hydrogen deployment. Besides, in the initial formulation of HSC design, the size of the problem related to the number of binary variables often leads to difficulties for problem solution. In this work, the potential of genetic algorithms (GA) via a variant of NSGA-II is explored to cope with the multi-objective formulation, in order to automatically produce the Pareto front. The model formulation has then been extended to take into account demand uncertainty, giving more robustness to the proposed approach. Two case studies support the analysis: first at regional level, the results of a HSC design for the former Midi-Pyrénées region obtained with both models are compared. The solutions obtained by GA exhibit the same order of magnitude as those obtained with MILP (Mixed Integer Linear Programming) in the mono-criterion problem, but better compromise solutions are produced in the multi-objective formulation and more flexible ones are obtained with demand uncertainty modelling. Then an airport ecosystem, i.e. Tarbes-Lourdes has been studied: the airport infrastructure is an interesting case study, since an airport is a source of emissions that affect climate, including the emissions generated from activities occurring inside and outside the airport perimeter fence associated with the operation and use of an airport. Finally, a post-optimal analysis on a compromise solution of HSC configuration is carried out based via two cost-benefit analyses (CBA) from a social (SCBA) and governmental perspective (subsidies and taxes). The SCBA approach for hydrogen deployment integrates societal benefits for the reduction of greenhouse gas emissions, noise air pollution abatement and social costs for the increase in platinum consumption in the manufacture of fuel cells. By including external costs, economic benefits of the replacement of ICEV (internal combustion engine) by FCV (Fuel Cell Vehicles) were highlighted as well as the generation of positive social net present values

Les éco-matériaux présentent un certain nombre de caractéristiques intéressantes comparativement à des solutions techniques ou architecturales classiques. Les critères de différenciation utilisés étaient jusqu’alors souvent liés à la préservation de l’environnement et de la santé. L’objectif de cette thèse est d’étudier les caractéristiques techniques, économiques et financières présentées par ces matériaux plus respectueux de l’environnement en regroupant des informations de référence sélectionnées au sein d’un référentiel proposé. La première partie de ce travail situe la thématique des éco-matériaux dans le contexte de la conception de bâtiments à qualité environnementale. Une deuxième partie précise la place des éco-matériaux au sein des systèmes de management de la qualité environnementale du bâti (SMQEB) internationaux et Européens. Le cahier des charges d’une méthode d’aide au choix d’éco-matériaux y est exposé. La troisième partie concerne la conception d’un outil d’aide à la prescription technique, économique et financière d’éco-matériaux. La dernière partie recentre sur un territoire d’étude la méthodologie élaborée et testée : la région Nord Pas de Calais. Un système constructif élaboré, un rampant de toiture, est utilisé comme base pour la comparaison d’un assemblage de solutions éco-construites et conventionnelles. Les critères techniques, économiques, financiers, environnementaux et de santé utilisés sont in fine traduits en ratio coûts / bénéfices / Eco-materials, have revealed a number of interesting characteristics compared with more traditional technical or architectural solutions. The criteria so far used to differentiate them were often related to the preservation of the environment or health. The main research objective has been to study the technical, economic and financial advantages of such more environmentally friendly materials by collecting selected referential information- assessment indicators and criteria- inside a proposed system of reference. The first part of my work has been devoted to identifying eco-materials in the broader context of the conception of high environmental quality buildings. The position of eco-materials in international and European Environmental Quality Management Systems for Buildings- SMQEB- has then been reviewed in a second part. The third part of this work has consisted in designing a technical, economic and financial prescription decision tool for eco –materials. In the final part, the main concern has been to implement this designed and tested methodology within the Nord Pas De Calais region. An elaborate construction system - a flat roof - has been selected to compare a set of eco-built solutions with more conventional ones. The technical, economic, financial, environmental and health criteria have in-fine been used in easily understood language: the cost/profit ratio

Ghana as a rapidly growing and urbanizing middle-income country is facing a number of challenges, including (1) implementing a sanitary, environmental-friendly, and economically-sound waste management system; (2) increasing its agricultural productivity in a sustainable way to meet the growing domestic food demand; and (3) providing livelihood opportunities in both rural and urban areas. Using the black soldier fly (BSF), a particularly beneficial insect, to locally and cost-effectively valorise abundant, high-impacting, and nutrient rich organic waste streams, such as food waste (FW) and faecal sludge (FS), into affordable and sustainable farming inputs like organic fertilizer and animal feed products, could tackle all these challenges at the same time. Therefore, this study aimed at (1) providing a comprehensive overview of BSF technology; (2) investigating the technical feasibility of valorising food waste and faecal sludge using a low-tech BSF bioconversion system; and (3) assessing the economic viability of such system in the Ghanaian context. First, through an extensive literature review and field visits of BSF units, the different dimensions of the BSF technology were discussed, BSF waste treatment method was compared to other options for organic waste valorisation, case studies of implementation were documented, the status of the research was highlighted, and research gaps were identified. In a second step, a 10-week field work consisting of establishing a BSF colony and recording rearing performance in the one hand, and running two waste treatment trials using a low-tech BSF system on the other hand, enabled demonstrating the technical feasibility of co-digesting FW and FS with the BSF, as well as artificially rearing the BSF in Ghana using a low-tech system. However, further research is needed to characterize the bioconversion products, determine the optimal FW/FS ratio, and optimize the rearing performance of the system. Finally, a costbenefit analysis was conducted to compare three scenarios: (1) co-composting FW and FS into fertilizer; (2) co-digesting FW and FS with BSF into only animal feed; and (3) co-digesting FW and FS with BSF into both animal feed and fertilizer. By building financial models for each scenario and performing a sensitivity analysis, it was established that, in the Ghanaian context, scenario (3) was the most likely to be viable, as well as the most profitable, followed by scenario (1).  On the other hand, scenario (2) was associated with a much lower likelihood to be viable. Eventually, the choice of the optimal valorisation option for FW and FS should consider the local context and priorities. / Ghana, ett snabbväxande medelinkomstland med kraftig urbanisering, står inför ett antal utmaningar, bland annat att (1) införa ett sanitärt, miljövänligt och ekonomiskt avfallshanteringssystem; (2) öka sin jordbruksproduktivitet för att möta den växande inhemska efterfrågan på livsmedel på ett hållbart sätt, och (3) erbjuda möjligheter till försörjning både på landsbygden och i städerna. Genom att använda den svarta soldatflugan (SSF), en särskilt fördelaktig insekt, för att lokalt omvandla rikligt förekommande och näringsrika organiska avfallsströmmar, såsom matavfall (MA) och fekalslam (FS) till prisvärda och hållbara jordbruksinsatsvaror, såsom organiskt gödselmedel och djurfoder, skulle man på ett kostnadseffektivt sätt kunna ta itu med alla dessa utmaningar samtidigt. Därför syftade denna studie till (1) att ge en övergripande översikt över SSF-teknik; (2) undersöka den tekniska möjligheten att skapa värdefulla produkter av matavfall och fekalslam med hjälp av ett biotekniskt system med lågteknologisk SSF i Ghana; och (3) bedöma det ekonomiska systemets bärkraft. Först, baserat på en omfattande litteraturstudie och fältbesök, diskuterades SSF-teknikens olika dimensioner, jämfördes SSF-avfallshanteringsmetoden med andra alternativ för organiska avfallsvalorisationer, dokumenterades fallstudier, redovisades forskningsläget och identifierades kunskapsluckor. I ett andra steg genomfördes ett 10 veckors fältarbete som bestod dels av att etablera en SSF-koloni och dokumentera uppfödningsprestanda, dels att göra två avfallsbehandlingsförsök med hjälp av ett SSF-system med lågteknologi. Därigenom visades att det är tekniskt möjligt att sambehandla MA och FS med SSF, liksom att föda upp SSF i Ghana med hjälp av ett lågteknologiskt system. Det behövs dock ytterligare forskning för att karakterisera slutprodukterna, bestämma det optimala MA/FS-förhållandet och optimera systemets uppfödningsprestanda. Slutligen genomfördes en kostnadsnyttoanalys för att jämföra tre scenarier: (1) kompostering av MA och FS till gödselmedel; (2) sambehandling av MA och FS med SSF till endast djurfoder; och (3) sambehandling av MA och FS med SSF till både djurfoder och gödningsmedel. Genom att bygga modeller för varje scenario och genomföra en känslighetsanalys fastställdes att för Ghana var scenario (3) mest sannolikt livskraftigt, liksom det mest lönsamma, följt av scenario (1). Scenario (2) förknippat med en mycket lägre sannolikhet att vara genomförbart. Till sist bör valet av det optimala behandlingsalternativet för MA och FS ta hänsyn till lokala förhållanden. / Le Ghana, pays en voie de développement connaissant une forte croissance et urbanisation, est confronté à un certain nombre de défis, parmi lesquels (1) la mise en place d’un système de gestion des déchets performant du point de vue sanitaire, environnemental, et économique ; (2) l’augmentation durable de sa productivité agricole afin de répondre à la demande alimentaire croissante dans le pays ; et (3) la création d’opportunités économiques pour ses populations rurales et urbaines. Utiliser la mouche soldat noire (MSN), un insecte particulièrement bénéfique, pour valoriser localement et à moindre coût des déchets organiques abondants, riches en nutriments, et responsables d’importants dommages sanitaires et environnementaux, tels que les déchets alimentaires (DA) et boues de vidange (BV), en intrants agricoles écologiques et bon marché, comme des produits alimentaires pour animaux ou de l’engrais organique, contribuerait à relever tous ces défis à la fois. Ainsi, cette étude visait à (1) réaliser un état de l’art de la technologie liée à la MSN ; (2) étudier la faisabilité technique de valoriser les DA et BV à l’aide d’un system à faible technologie reposant sur la MSN ; (2) analyser la viabilité économique d’un tel system dans le contexte Ghanéen.  Dans un premier temps, un examen approfondi de la littérature scientifique et des visites d’unités de recyclage utilisant la MSN ont permis d’analyser les différentes dimensions de cette technologie, de la comparer à d’autres options de valorisation pour les déchets organiques, de présenter des études de cas, de donner un aperçu de l’état actuel de la recherche, ainsi que de d’identifier les principales lacunes et besoins en matière de recherche. Dans un second temps, dans le cadre d’une étude de terrain réalisée sur une période de dix semaines, un système d’élevage en captivité de MSN a été mis en place et son efficacité analysée, tandis qu’en parallèle deux séries d’expériences de traitement des déchets ont été réalisées. Ces différentes activités ont permis de démontrer que le co-traitement des DA et BA, ainsi que l’élevage en captivité de la MSN à l’aide d’un system low-tech est techniquement réalisable dans le contexte Ghanéen. Toutefois, des recherches supplémentaires sont nécessaires afin d’analyses les propriétés des produits de valorisation, d’établir le ratio DA/BV optimal, et d’optimiser les performances d’élevage. Enfin, une analyse coûts-bénéfices a été réalisée afin de comparer trois scenarios : (1) co-compostage des DA et BV afin de produire de l’engrais ; (2) co-traitement des DA et BV à l’aide de la MSN débouchant sur la production d’aliments pour animaux ; et (3) co-traitement des DA et BV à l’aide de la MSN pour produire à la fois des aliments pour animaux et de l’engrais. La construction de modèles financiers et la réalisation d’une analyse de sensibilité ont permis de démontrer que dans le contexte Ghanéen, le scenario (3) présentait la plus grande probabilité d’être viable et était le plus rentable, suivi par le scenario (1). En revanche, la probabilité que le scenario (2) soit viable s’est révélée beaucoup plus faible. Ultimement, la sélection de la meilleure méthode de valorisation devrait tenir compte du contexte et des priorités locaux.