L'analyse de cycle de vie (ACV), telle qu'elle est pratiquée aujourd'hui, peut conduire à des résultats biaisés. L'utilisation de cet outil s'avère particulièrement sensible dans des cadres réglementaires. En effet, au lieu d'inciter les entreprises à réduire leurs impacts sur l'environnement, les certifications obtenues à partir des ACV risquent de produire un effet contraire : comme elles tendent à récompenser des moyennes industrielles plutôt que les résultats propres aux entreprises, elles peuvent détruire toute incitation pour ces dernières à agir correctement sur le plan environnemental. Dans cette thèse nous proposons des éléments de réflexion en matière de gestion pouvant être utiles à l'évolution de l'ACV à partir d'une étude de cas sur l'évaluation de la soutenabilité d'une filière biodiesel issu d'huile de palme brésilienne dans le cadre de la Directive EnR. Trois principaux résultats émergent de ce travail doctoral. Le premier se rapporte à la réflexion que nous menons sur l'évaluation de la durabilité imposée par la Directive EnR. Le deuxième renvoie aux réponses concrètes sur l'évaluation de la filière biodiesel évaluée à l'égard de la Directive, notamment par rapport aux émissions de gaz à effet de serre. Le troisième résultat concerne l'identification des besoins latents en matière d'évaluation de qualité des données d'ACV

Cette thèse porte sur l'étude des impacts environnementaux de systèmes de production de bovins. Le premier objectif était d'analyser et de comparer les impacts environnementaux de systèmes de production de viande et de lait par analyse de cycle de vie (ACV) attributionnelle. Les effets de pratiques d'atténuation de ces impacts ont été évalués pour les systèmes de production de viande. Le second objectif était un développement méthodologique afin d'explorer les conséquences possibles d'une préférence accrue pour un lait produit à base d'herbe, par ACV conséquentielle. Dans un système de production de viande par le troupeau allaitant, le méthane entérique a été le principal contributeur à l'impact changement climatique, et la production de l'herbe a été la principale contributrice aux autres impacts (demande énergétique cumulée, eutrophisation, acidification, occupation du sol). L'atelier naisseur (vaches allaitantes et leurs veaux, génisses) a contribué de manière majeure aux impacts du système allaitant dans son ensemble. La pratique d'atténuation la plus efficace pour le système a été la diminution de l'âge au vêlage de 3 à 2 ans. L'utilisation de lipides riches en acides gras oméga-3 dans le régime a très peu affecté les impacts du système. L'application simultanée de plusieurs pratiques d'atténuation compatibles entre elles réduit sensiblement les impacts. L'application de pratiques telles que la réduction du gaspillage d'herbe, l'engraissement des génisses non utilisées pour le renouvellement et la diminution de l'âge au vêlage réduisent l'occupation du sol. Un usage alternatif des terres libérées tel que la plantation de forêt pour séquestrer du carbone dans la biomasse semble prometteur. L'étude de systèmes de production de lait a été centrée sur les comparaisons de systèmes à base d'herbe ou d'ensilage de maïs, d'une race spécialisée (Holstein) ou mixte (Normande) et sur l'effet du niveau de production laitière par ACV attributionnelle. Quelle que soit la méthode d'attribution des impacts aux co-produits, les impacts par kg de lait ont été plus faibles pour les systèmes à base d'ensilage de maïs et pour les Holstein, sauf pour l'eutrophisation. L'accroissement de la production de lait par vache grâce à une consommation d'énergie accrue et au vêlage à 2 ans a permis de réduire les impacts du lait et de son co-produit viande. Les conséquences de la conversion d'une exploitation laitière utilisant beaucoup de maïs ensilage vers une exploitation utilisant de l'herbe comme unique source de fourrage pour répondre à une demande de lait produit à base d'herbe en France ont été évaluées par ACV conséquentielle. Cette conversion entraîne des changements notables de l'utilisation des sols en dehors de l'exploitation, et donc un fort accroissement des impacts du système dans son ensemble et du lait produit.

La transition énergétique est un enjeu majeur actuel et des années à venir. Parmi les défis qu'elle va soulever figure la limitation des impacts environnementaux de la production d'électricité. Pour cela, des outils d'aide à la décision, simples d'utilisation et suffisamment précis, considérant les aspects environnementaux et permettant d'optimiser les choix énergétiques futurs, doivent être mis en place. L'analyse environnementale d'une filière de conversion d'énergie est un sujet complexe. Elle comporte en effet deux niveaux. Le niveau " filière ", caractérise le profil global d'impacts environnementaux des systèmes, et le niveau " système " caractérise leurs impacts, permettant ainsi une analyse intra-filière. Pour répondre à ce besoin de caractérisation en deux niveaux, nous proposons une méthodologie générique permettant de développer des modèles d'estimation des profils environnementaux de chacune des filières et d'estimer simplement ceux des systèmes qui la composent sans avoir à réaliser une étude détaillée. Cette méthodologie repose sur la définition d'un modèle d'Analyse de Cycle de Vie paramétré prenant en compte, par Analyse Globale de Sensibilité, un large échantillon de systèmes représentatif des configurations observées en pratique au sein des filières. Dans un second temps, des modèles simplifiés estimant les performances environnementales des systèmes sont définis, en fonction de quelques paramètres clefs identifiés comme expliquant la plus grande part de variance des impacts environnementaux de la filière. Cette méthodologie de réduction de modèle a été appliquée à la filière éolienne terrestre en Europe et à la filière photovoltaïque résidentielle en France.

Dans le contexte actuel, où la préservation des ressources et le développement durable sont devenus des enjeux importants de ce siècle, la production de matériaux tant performants que respectueux de l’environnement est devenue indispensable. Ainsi, ce travail de thèse porte sur l’élaboration de matrices poreuses de biopolymères en utilisant la technologie CO2 supercritique (CO2-SC). L’utilisation du PLA permet de produire des matrices 100% biosourcées et biodégradables, alors que l’utilisation de CO2-SC permet de diminuer l’impact écologique des procédés de mise en forme. Dans un premier temps une étude paramétrique de la mise en forme de matrice de PLA par une méthode de séparation de phase thermique (TIPS) couplée à un séchage par CO2 a été réalisée. Elle a permis de produire des matrices microcellulaires de faible densité (entre 60 et 320 kg/m3) et aux propriétés structurales mécaniques modulables. L’ensemble du procédé a fait l’objet d’une analyse de cycle de vie et il a été démontré que l’utilisation du CO2-SC en remplacement de la lyophilisation a réduit d’entre 50 et 90% l’impact environnemental. Dans un second temps une étude in-situ de la séparation de phase par tomographie-X en rayonnement synchrotron a permis de mieux comprendre la mécanistique de notre procédé. Enfin, la dernière partie de ce travail a été consacré à la mise en forme de matrice de PLA sans solvant, en utilisant le CO2-SC comme agent gonflant. Les résultats obtenus ont servi à réaliser une étude comparative des deux procédés développés. / In the present context, where the preservation of resources and sustainable development became the main issues of this century, the production of more efficient and environmentally friendly materials is essential. Thus, this work deals with thedevelopment of biobased polymeric porous matrix using SC-CO2. The use of PLA makes it possible to produce 100% biosourced and biodegradable matrices, while the use of CO2-SC reduces the ecological impact of the shaping processes. In a first step, a parametric study of PLA matrix shaping by a thermal induced phase separation (TIPS) method coupled to CO2 drying was performed. Low density microcellular matrices were obtained with tunable structural and mechanical properties. The whole process was analyze by life cycle assessment and the results showed that SC-CO2 replacing freeze drying has reduced the environmental impact between 50 and 90%. Secondly, a phase separation in situ study by tomography-X synchrotron radiation tomography allowed us to better understand the mechanics of our process. Finally, the last part of this work was devoted to the implementation of a solvent free process, using SC-CO2 as a blowing agent. The results obtained were used to carry out a comparative study of the two processes developed.

La gestion intégrée de l'eau à l'échelle des grandes villes est un réel défi. Cependant, la quantification des flux et des impacts environnementaux liés à l'utilisation de l'eau n'est pas encore suffisamment développée. Dans ce contexte, la question de recherche de la thèse est: "comment modéliser le système d'eau urbain complexe d'une mégapole pour l'évaluation de ses impacts sur l'environnement et des services fournis aux usagers de l'eau, dans le cadre de l'analyse du cycle de vie (ACV)?" Le cœur de la thèse est le développement d'un cadre général définissant les flux d'eau et les impacts environnementaux associés aux trois composants principaux du système d'eau urbain, à savoir, les technologies de l'eau, les usagers de l'eau et les ressources en eau. Le modèle proposé de système d'eau urbain (nommé WaLA) se construit à travers une approche modulaire permettant l'interopérabilité des trois composants. Le modèle fournit des indicateurs d'impacts et de services rendus qui peuvent être utiles aux décideurs et aux parties prenantes. Il simplifie l'évaluation des scénarios et diminue la complexité du système tout en assurant sa bonne représentation du point de vue de l'ACV. En plus de cet objectif principal, la thèse vise à raffiner les indicateurs d'impact sur la privation d'eau afin qu'ils soient pertinents pour les systèmes d'eau urbains. Une méthode qui permet d'évaluer la privation d'eau à l'échelle du sous bassin versant en intégrant les effets en aval a ainsi été développée. Cette méthode permet de différencier les impacts selon les points de prélèvements et de rejets dans un même bassin versant. Enfin, le modèle WaLA et les indicateurs associés sont mis en œuvre pour évaluer les impacts environnementaux du système d'eau urbain de la banlieue parisienne (périmètre du Syndicat des Eaux d'Ile-de-France). L'intérêt et l'applicabilité du modèle pour évaluer et comparer des scénarios actuels et prévisionnels sont ainsi démontrés. / To improve water management at the scale of large cities is a real challenge. However, the quantification of flows and environmental impacts linked to water use are not yet sufficiently developed. This is the objective of the thesis: “how to model complex urban water system of a megacity for assessing its environmental impacts in relation to the provided services to water users, within the life cycle assessment (LCA) framework?” The core of the thesis is the development of a generic framework defining water flows and environmental impacts associated with 3 categories of items – i.e., water technologies, water users and water resources – from a LCA point of view. The UWS model (termed WaLA) is built through a modular approach allowing the interoperation of these three components in an integrated way. The model provides indicators of impacts on services which may be useful to decision makers and stakeholders. It simplifies the evaluation of forecasting scenarios and decreases the complexity of the urban water system while ensuring its good representation from a LCA perspective. In addition to this main objective, the thesis also aims at refining water use impact indicators at a relevant scale for UWS. A methodology that assesses water deprivation at the sub-river basin scale in life cycle impact assessment (LCIA) integrating downstream cascade effects has been developed. It allows differentiating the withdrawal and release locations within a same river basin. The WaLA model and its associated indicators are applied to assess the environmental impacts of the water system of a Paris suburban area (perimeter of Syndicat des Eaux d'Île-de-France). It shows the interest and the applicability of the model for assessing and comparing baseline and forecasting scenarios.

Ce travail est une contribution à l’évaluation environnementale des projets d’aménagements en phase amont de conception. Il porte plus spécifiquement sur l’intégration des questions de morphologie urbaine à l’analyse de cycle de vie (ACV) appliquée à l’environnement bâti à l’échelle du quartier. La performance énergétique des bâtiments est en partie conditionnée par les choix de conception en termes d’aménagement, et notamment par la forme urbaine (géométrie et types de surfaces) et ses interactions avec le climat. L’objectif de cette thèse est de proposer aux équipes de conception d’opérations d’aménagement un moyen de prendre en compte l’influence de la forme urbaine sur les potentiels énergétiques du quartier avec perspective cycle de vie.Une étude préalable a permis d’expliciter l’influence de la forme urbaine sur les potentiels énergétiques à l’échelle du quartier. Une approche de modélisation de l’énergie grise et de l’empreinte carbone des bâtiments est proposée, sur la base de laquelle une analyse de sensibilité à la forme urbaine et une analyse de contribution sont réalisées. Les résultats démontrent notamment l’influence primordiale de la forme des bâtiments ainsi qu’un lien très fort entre énergie grise et compacité du bâti. Une approche d’évaluation du potentiel de chauffage passif et du potentiel de confort d’été passif à l’échelle du quartier est également développée. Elle repose sur la réduction d’un quartier en quartier équivalent (réseau régulier de bâtiments parallélépipédiques), et sur l’application de métamodèles d’un moteur de simulation thermique. La méthode est testée est discutée sur un corpus de 45 cas d’étude. Ces développements méthodologiques ont vocation à être intégrés dans un outil existant d’ACV à l’échelle du quartier (NEST). / This work is a contribution to the environmental assessment of urban development projects in the upstream design phase. It focuses on integrating urban morphology issues with life cycle analysis (LCA) applied to the built environment at the neighborhood scale. The energy performance of buildings is partly determined by design choices relating to the urban form and its interactions with climate. The objective of this thesis is to provide to the design teams a way to take into account the influence of the urban form on the energy potentials of a neighborhood with a life cycle perspective.A preliminary study was conducted on two neighborhoods to detail the influence of the urban form on their energy potentials. An approach to modeling the embodied energy and embodied carbon of buildings is proposed. A sensitivity analysis and a contribution analysis of this model are performed on two generic building shapes. The results demonstrate the key influence of the shape of the buildings and a very strong link between the embodied energy and the building’s compactness. An approach to assessing the passive heating potential and passive summer comfort potential at the neighborhood scale is also developed. It is based on the transformation of a neighborhood in an equivalent urban form (regular array of block buildings), and on the application of metamodels of a thermal simulation engine. The method is tested and discussed on a corpus of 45 case studies. These methodological developments are intended to be integrated into an existing tool for neighborhood LCA (NEST).

Le nombre croissant de déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE) et le renforcement des législations relatives à leur collecte et leur traitement développent l’intérêt porté à la gestion de ces déchets. En Belgique, outre le système conventionnel de collecte-traitement géré par les organismes officiels mis en place par les producteurs d’équipements électroniques afin de se conformer à l’obligation de reprise imposée par l’Europe, d’autres acteurs de collecte et de traitement existent. Parmi eux se retrouvent les entreprises d’économie sociale (ES) actives dans le réemploi et le démantèlement manuel. Si certaines d’entre elles sont impliquées dans la filière conventionnelle, d’autres ont développé leur propre filière de fin de vie des DEEE.Bien que le recyclage et le tri des déchets ne fassent pas partie des secteurs principaux investis par les entreprises d’ES, ils constituent pour elles un domaine important pour trois raisons principales. Premièrement, le secteur du recyclage et de la récupération est une activité historique des entreprises d’ES qui y ont été des pionnières. Deuxièmement, le recyclage, la récupération ainsi que, plus largement, le développement durable et l’économie circulaire sont des secteurs d’activité et des concepts gourmands en main-d’oeuvre qui offrent de ce fait de grandes perspectives en matière de création d’emplois. Le secteur du recyclage et du tri des déchets, ne nécessitant généralement pas une main-d’oeuvre très qualifiée, est donc investi par des entreprises se positionnant dans l’insertion par l’emploi. Troisièmement, les entreprises d’ES poursuivent différents objectifs parmi lesquels se retrouvent la préservation de l’environnement et la favorisation du développement durable. Le recyclage et la récupération y sont incontestablement attachés. Il existe donc un lien inhérent entre les entreprises d’ES et la gestion des déchets. Cette constatation amène à se demander si ces entreprises génèrent des impacts environnementaux spécifiques liés à leur gestion des DEEE.Ce travail s’intéresse plus particulièrement à la gestion de fin de vie de deux types de DEEE :les tours d’ordinateurs de bureau et les panneaux photovoltaïques de première génération. Pour ces deux flux, les différentes filières de collecte et de traitement sont tout d’abord mises en évidence sur la base de données de la littérature et de contact avec des acteurs actifs dans la fin de vie des DEEE. Ensuite, une analyse des flux de matières est réalisée pour déterminer les quantités de DEEE générés en Belgique francophone et leur répartition dans les différentes filières. Enfin, une analyse de cycle de vie permet de déterminer les impacts spécifiques des entreprises d’ES, avec une attention particulière pour l’épuisement des ressources abiotiques.Les résultats obtenus montrent que les entreprises d’ES actives dans la fin de vie des deux flux étudiés, grâce au réemploi et à la récupération plus importante de matériaux permise par le démantèlement manuel, contribuent positivement à l’impact environnemental global de cette fin de vie. En particulier, dans le cas d’étude dédié aux ordinateurs, les bénéfices environnementaux relatifs à l’épuisement des ressources sont près de 30% plus importants dans la filière de l’ES que dans la conventionnelle. Pour une tonne d’ordinateurs traitée, cette différence correspond à des bénéfices équivalents aux émissions de trois européens. L’importance de cette contribution positive est toutefois conditionnée par les quantités captées par les entreprises d’ES et le potentiel de démantèlement qu’offre le DEEE.La comparaison des deux cas d’étude permet de mettre en évidence que l’implication des entreprises d’ES dans la gestion de fin de vie d’un DEEE dépend de critères législatifs et technico-économiques. Sur cette base, des recommandations peuvent être dégagées pour soutenir les entreprises d’ES. Ainsi, les inclure dans la législation relative aux DEEE ou favoriser leur inclusion via l’utilisation d’indicateurs de recyclage effectif et des clauses sociales dans les appels d’offre permettrait à ces entreprises d’occuper une place plus importante dans la gestion des DEEE en Belgique francophone et en améliorerait le bilan environnemental global. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) est un outil d'évaluation des impacts environnementaux. Il s'agit d'un outil robuste, souvent utilisé en éco-conception. Il permet de prendre en compte des impacts globaux, à toutes les étapes du cycle de vie d'un produit, « du berceau à la tombe ». Actuellement, cette méthode ne permet pas la prise en compte des impacts de l'occupation et de la transformation de l'espace par l'homme en milieu marin. Ce travail de thèse est donc le développement d'une nouvelle catégorie d'impact en ACV pour pallier ce manque : le "sea use". Dans la mesure où peu d'études avaient été réalisées sur le sujet, le cadre méthodologique de cette nouvelle catégorie d'impact a dû être clairement posé et défini. Ce cadre a été construit sur le modèle du land use, et en intégrant au maximum les avancées méthodologiques qui avaient été apportées en ACV de produits de la mer. Ainsi, un travail de revue détaillée a été mené sur le thème du land use et des ACV de pêcherie et d'aquaculture. Les chaînes de causalité permettant d'expliquer les liens entre les interventions humaines et les impacts potentiels qu'elles occasionnent sur leur environnement ont également été définies. L'une de ces chaînes de causalité a été étudiée en particulier, avec la volonté de construire une méthode opérationnelle d'évaluation de ces impacts. La méthode a ensuite été rendue opérationnelle pour l'évaluation des impacts de l'occupation et de la transformation de l'espace marin sur les fonctions de support de vie des écosystèmes. Du fait de l'importance des impacts relatifs à l'extraction de ressources biotiques en mer, la méthode a tout d'abord été appliquée au cas de la pêche. Elle a ensuite été appliquée au cas des macroalgues cultivées en mer dans l'éco-conception d'une filière de production de biométhane algal. Ainsi, cette thèse propose une méthode d'évaluation des impacts du l'usage de l'espace en mer qui est opérationnelle, et applicable à des cas d'étude concrets. / Life Cycle Assessment (LCA) is a robust tool often used for eco-design. It allows the assessment of environmental impacts, at a global scale, accounting for all stage of a product life cycle, “from cradle to grave”. There is a methodological gap in this method to account for occupation and transformation impacts in marine ecosystems due to human activities. The task accomplished during this PhD is the development of a methodological framework for a new impact category in LCA in order to overcome this lack: the sea use. As only a few studies have been carried out in this field, the general framework for sea use had to be defined. This framework has been built following the example of land use and integrating the new methods of assessment developed for LCA of seafood. Thus, a bibliographic work has been performed on the topic of land use and of LCA of fisheries and aquaculture. Cause-effect chains, linking human interventions to the potential impacts they can induce on their environment, were precisely defined. We focused on one of these cause-effect chains in particular, with the aim to build an operational impact assessment method. The method has then been made operational for the assessment of occupation and transformation impacts on the ecosystem life support functions. Because impacts of biotic biomass removal are an essential concern in marine ecosystems, the method has first been applied to fisheries. It was also exemplified on the case of offshore cultivated seaweed, as a case-study of ecodesign using LCA for seafood. Thus, a new operational methd of sea use impact assessment is proposed and can be applied to case-studies.

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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.