Cette thèse vise à clarifier le panorama actuel des résultats d'Analyse de Cycle de Vie (ACV) pour les carburants issus de cultures végétales, en vue d'identifier le potentiel et les marges de manœuvre de ces filières, pour la consommation d'énergie et les émissions de Gaz à Effet de Serre (GES). A cette fin, après une analyse bibliographique de la méthodologie d'ACV, les études existantes sur les carburants végétaux de première génération sont revues et les causes de leurs disparités identifiées par une analyse de sensibilité portant sur les paramètres méthodologiques et les données. Il apparaît que les choix méthodologiques ont un impact prépondérant sur les résultats finaux, et des recommandations sont formulées quant à la réalisation de ces études d'ACV. Le lien étroit entre résultats d'ACV et localisation de la production est également relevé. Une simulation simplifiée des procédés a ensuite été effectuée pour mesurer l'impact sur les bilans d'ACV de variantes technologiques ou de modes de valorisation des co-produits. Si la valorisation énergétique des co-produits montre le potentiel d'économies le plus important, sa rentabilité n'est assurée que pour des prix du baril élevés et des cours des marchés agricoles modérés, et les économies de GES réalisées par hectare mobilisé sont moindres que dans les cas de référence. Enfin la méthodologie de l'ACV est complétée en intégrant le rôle des sols en tant que puits de carbone au sein des frontières du système. Ceci a conduit à proposer un cadre temporel de comparaison des scénarios plus précis, ainsi qu'à définir une méthode dynamique de pondération des GES en fonction de leur année d'émission, cohérente avec les usages actuels des pouvoirs radiatifs des gaz. Son application à deux cas d'étude de changements d'usage des sols démontre la nécessité de définir, pour la production de carburants végétaux, des critères d'efficacité d'usage des sols en plus de ceux relatifs aux économies de GES de la directive 2009/28/CE.

Depuis une dizaine d’années, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés dans de nombreuses applications, et en particulier dans l'aéronautique grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques et leur faible densité. Ainsi les derniers modèles d'Airbus (A350) et de Boeing (B787) utilisent plus de 50% en masse de composites, principalement des polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP). Toutefois, l'augmentation de l'utilisation des CFRP soulève des préoccupations environnementales quant à leur fin de vie à travers l'élimination des déchets, la consommation de ressources non renouvelables ainsi que la nécessité de recycler les déchets CFRP. Dans ces travaux de thèse, un modèle générique est développé afin de proposer une gestion optimale des déchets de CFRP aéronautiques en prenant en compte simultanément des objectifs économiques et environnementaux. Ainsi, dans un premier temps une approche systémique suivant les lignes directrices d’une approche par Analyse de Cycle de Vie est effectuée afin de modéliser les impacts environnementaux des procédés de recyclage des CFRP, avec une attention toute particulière sur l’impact de réchauffement climatique. Ensuite, toute la chaîne logistique du recyclage des déchets CFRP est modélisée en partant des sites de démantèlement des avions jusqu’à la réutilisation des fibres recyclées vers d’autres applications possibles. Une stratégie d’optimisation multi-objectif de programmation mathématique, d’-contrainte et de technique lexicographique est développé mettent également en jeu des techniques d’aide à la décision appropriées (M-TOPSIS, PROMETHEE-GAIA). Différentes configurations de chaînes logistiques de déchet CFRP sont ainsi proposées et plusieurs scénarios sont étudiés et optimisés de façon à prendre en compte les sites de recyclage déjà existants dans une vision mono-période ainsi que déploiement de nouveaux sites selon une approche multipériode. Le cas de la France sert d’illustration à la démarche et les configurations proposées pour implanter de nouveaux sites de façon optimale traitant une fibre recyclée facilement valorisable pour des applications ciblées sont analysées et discutées minimisant le coût ou maximisant le profit pour un critère économique et minimisant un critère environnemental basé sur le potentiel de réchauffement climatique. / Composites have been increasingly used in different applications in the last decade, especially in aerospace due to their high strength and lightweight characteristics. Indeed, the latest models of Airbus (A350) and Boeing (B787) have employed more than 50 wt% of composites, mainly Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP). Yet, the increased use of CFRP has raised the environmental concerns about their end-of-life related to waste disposal, consumption of non-renewable resources for manufacturing and the need to recycle CFRP wastes. In this study, a generic model is developed in order to propose an optimal management of aerospace CFRP wastes taking into account economic and environmental objectives. Firstly, a life-cycle systemic approach is used to model the environmental impacts of CFRP recycling processes focusing on Global Warming Potential (GWP) following the guidelines of Life Cycle Assessment (LCA). The whole supply chain for recycling CFRP pathways is then modelled from aircraft dismantling sites to the reuse of recycled fibres in various applications. A multi-objective optimisation strategy based on mathematical programming, -constraint and lexicographic methods with appropriate decisionmaking techniques (M-TOPSIS, PROMETHEE-GAIA) has been developed to determine CFRP waste supply chain configurations. Various scenarios have been studied in order to take account the potential of existing recycling sites in a mono-period visions as well as the deployment of new sites in a multi-period approach considering the case study of France for illustration purpose. The solutions obtained from optimisation process allow developing optimal strategies for the implementation of CFRP recovery with recycled fibres (of acceptable quality) for the targeted substitution use while minimising cost /maximising profit for an economic criterion and minimising an environmental impact based on GWP.

L’humanité fait face aux défis urgents de réduire l’impact environnemental de l’agriculture, de changer les régimes alimentaires et d’accroître la production alimentaire. Le palmier à huile est une plante pérenne tropicale emblématique de ces défis. Alors que sa culture peut être à l’origine d’impacts environnementaux, le palmier à huile peut produire, en conditions optimales, 7 à 10 fois plus d’huile alimentaire que les cultures oléagineuses annuelles. Dans ce contexte, améliorer la durabilité de la production d’huile de palme est crucial, tant pour réduire les impacts environnementaux négatifs que pour garantir la sécurité alimentaire. L’application de fertilisants azotés (N) a été identifiée comme une source majeure d’impacts environnementaux dus à la culture du palmier. Des analyses de cycle de vie de l’huile de palme ont été réalisées pour quantifier les impacts et identifier des améliorations de pratiques agricoles. Cependant, les seuls modèles d’émissions disponibles pour estimer les pertes de N dans l’environnement sont généralement valides pour les cultures annuelles et en climat tempéré. L’utilisation de tels modèles dans l’analyse de cycle de vie peut mener à des résultats très incertains ou à une faible sensibilité aux pratiques. L’objectif global de ce travail de recherche était d’aider à l’identification de pratiques pour réduire les pertes de N dans l’environnement. Le cœur du travail était le développement d’un modèle estimant toutes les pertes de N dans les plantations, tout en étant sensible aux pratiques. L’étude s’est concentrée sur les flux de N dans les plantations de palmiers sur sols minéraux. Nous avons réalisé quatre étapes pour mener à bien cette recherche. Premièrement, nous avons mené une revue de littérature de tout le savoir existant concernant les flux et pertes de N dans les plantations. Deuxièmement, nous avons comparé 11 modèles existants, pouvant être utilisés pour prédire les pertes de N dans les plantations. Troisièmement, nous avons réalisé une analyse de sensibilité de Morris approfondie du modèle mécaniste APSIM-Oil palm. Quatrièmement, nous avons construit IN-Palm, un indicateur agri-environnemental pour les pertes de N dans les plantations. Nous avons utilisé la méthode INDIGO® et l’approche de modélisation par arbres de décisions flous pour développer IN-Palm, et nous avons validé cet indicateur en utilisant des mesures de lixiviation de N d’une plantation à Sumatra, Indonésie. Notre revue de littérature et notre comparaison de modèles ont montré que les particularités du palmier à huile peuvent affecter significativement les dynamiques et pertes de N. Nous avons identifié des manques de recherche et des incertitudes sur les pertes de N, leurs déterminants et la modélisation des particularités du palmier. Nous avons identifié les déterminants des pertes de N et du rendement dans le modèle mécaniste APSIM-Oil palm. Nous avons développé IN-Palm, qui utilise 21 variables d’entré facilement accessibles pour estimer chaque voie de perte de N. Les prédictions de lixiviation de N par IN-Palm étaient acceptables, et IN-Palm s’est montré efficace pour tester des changements de pratiques agricoles. Cette recherche constitue une synthèse exhaustive des connaissances et modèles disponibles pour les flux et pertes de N dans les plantations. L’un des principaux résultats est un nouvel indicateur agri-environnemental, IN-Palm, sensible aux pratiques et conditions locales, de même qu’utilisable en tant que modèle d’émission dans des approches holistiques. Cet indicateur peut être une base utile pour de futures recherches sur l’utilisation d’indicateurs agri-environnementaux pour réduire l’incertitude des analyses cycle de vie, et pour de futures adaptations à d’autres plantes pérennes tropicales. / Humanity faces the challenges of urgently decreasing the environmental impact of agriculture, shifting diets and increasing food production. Oil palm is a tropical perennial crop emblematic of these challenges. While its cultivation can be associated with environmental impacts, oil palm can produce 3 to 7 t of edible oil ha-1 in optimal conditions, which is 7 to 10 fold higher than in annual oil crops. In this context, improving palm oil production sustainability is crucial for both reducing negative environmental impacts and ensuring food security. Application of synthetic nitrogen (N) fertilisers was identified as a major source of environmental impacts associated with the cultivation of oil palm. Life cycle assessments of palm oil have already been performed to help quantify impacts and identify potential improvements of management practices. However, the only available emission models to estimate N losses to environment are generally valid for annual crops and temperate climate conditions. The use of such general models in life cycle assessment may lead to very uncertain results or to low sensitivity of assessments to management practices. The overall objective of this research work was to help identify management practices to reduce N losses in the environment. The core of the work was hence to develop a model that estimates all N losses in oil palm plantations, while being sensitive to management practices. The study focused on N fluxes in industrial oil palm plantations on mineral soils. We performed four steps in order to complete the objectives of this research work. First, we conducted a literature review of all the existing knowledge about N fluxes and losses in plantations. Second, we compared 11 existing models that may be used to predict N losses in plantations. Third, we performed an in-depth Morris’s sensitivity analysis of one of the models, the APSIM-Oil palm process-based model. Fourth, we used all the information identified in the previous chapters, together with expert knowledge, to build IN-Palm, an agri-environmental indicator for N losses in oil palm plantations. We used the INDIGO® method and the fuzzy decision tree modelling approach to develop IN-Palm, and we validated this indicator using a field dataset of N leaching from a plantation in Sumatra, Indonesia. Our literature review and model comparison showed that oil palm peculiarities may impact significantly N dynamics and losses. We identified research gaps and uncertainties about N losses, their drivers and the modelling of oil palm peculiarities. We identified the main drivers of N losses and yield in the APSIM-Oil palm processbased model. We built IN-Palm, which uses 21 readily available input variables to estimate each N loss pathway. IN-Palm predictions of N leaching were acceptable, and IN-Palm has shown efficient to help testing management changes. This research constitutes a comprehensive synthesis of the available knowledge and models for N fluxes and losses in oil palm plantations. One of the main results is a novel agri-environmental indicator, IN-Palm, operationally-oriented, sensitive to local practices and environmental conditions, as well as potentially useable as an emission model for holistic approaches such as life cycle assessment. The INDIGO® method and fuzzy decision tree modelling approach were shown to be very well adapted for building agri-environmental indicators in contexts of knowledge scarcity. This indicator can be a useful base for further research about using agrienvironmental indicators to reduce uncertainty in life cycle assessment, and for future adaptations for other tropical perennial crops.

L'éco-conception est, depuis peu, une nouvelle problématique, que l'entreprise pourrait bien prendre en compte pour en tirer, à terme, un avantage concurrentiel. C'est concevoir des produits en ayant considéré, dès leur phase de conception, tous les impacts environnementaux qu'ils pourront engendrer sur l'ensemble de leur cycle de vie. Les équipes projet ont besoin de s'organiser pour s'approprier le paramètre environnement nécessitant de nouvelles connaissances liées à de nombreuses incertitudes. <br />L'objectif principal de ces travaux était donc d'aider à construire la cohérence entre un processus de<br />conception et des outils à disposition des équipes. Il s'est agi de : comprendre les diverses acceptions<br />possibles de cette nouvelle forme de conception, identifier les principaux enjeux qu'elle représente pour une entreprise, observer les modes d'organisation au sein de sociétés pionnières dans ce domaine et<br />rechercher les outils disponibles. Après proposition d'un modèle de processus d'éco-conception où il importe d'insérer les questions d'environnement dans une démarche de conception "classique", nous nous sommes attelés à la classification, la description et la critique de divers outils du panel actuellement à disposition des équipes. Nous avons ainsi identifié deux grandes catégories : certains, dits d'évaluation environnementale(qualitative ou quantitative), et d'autres, dits d'amélioration, permettant aux équipes d'avancer dans la recherche de nouvelles solutions d'éco-conception. D'autres outils encore existent en matière de sensibilisation, de communication et de choix de stratégies. Chacun d'eux devra être employé par un utilisateur approprié, disposant des connaissances requises, des moyens d'exploiter les résultats obtenus, et ce, durant certaines phases pertinentes du processus de conception. Une étude de terrain chez Philips a permis de constater que la mise à l'épreuve d'un outil d'évaluation environnementale est compromise si les enjeux demeurent incompris et les résultats inexploitables par l'équipe projet. A partir d'un engagement fort de la direction, les équipes ont besoin d'apprendre progressivement pour s'approprier une nouvelle démarche ; au cours de celle-ci, elles pourront utiliser des outils simples, pragmatiques, qu'elles sauront exploiter pour progresser et s'améliorer.