Les travaux de cette thèse se focalisent sur l’élaboration du cadre méthodologique de l’Analyse du cycle de vie territoriale spatialisée (ACVTS), qui intègre la spatialisation dans le calcul des impacts environnementaux, et son application sur un territoire d’étude dans une optique d’aide à la décision. Elle s’organise autour de : (1) la construction du cadre méthodologique de l’ACVTS ; (2) la spatialisation des émissions azotées ; (3) le développement d’une méthode de caractérisation régionalisée de l’eutrophisation ; (4) la comparaison des résultats d’ACVTS et d’ACV. L’ACVTS permet une évaluation des impacts du territoire plus proches des impacts réels et permet de cartographier émissions et impacts pour l’aide à la décision. Gourmande en temps, données et expertise, elle nécessite de bien définir le questionnement de l’étude. / This thesis focuses on development of the spatialized territorial life cycle assessment (STLCA) method, which spatializes environmental-impact calculation, and on its application to a case study to help decision making. The thesis is organized into four main chapters: (1) building the STLCA framework, (2) spatializing nitrogen emissions, (3) developing regionalized characterization factors for eutrophication and (4) comparing STLCA and LCA results. STLCA can estimate environmental impacts of a territory that are more similar to real impacts and can map emissions and impacts to help decision making. However, STLCA requires time, data and expertise to be applied; thus, it is necessary to determine its suitability for the goals of a given study before using it.

La gestion des déchets ménagers concentre des enjeux opérationnels, stratégiques et environnementaux. On observe depuis quelques années une montée en puissance des dispositifs de quantification des impacts environnementaux, qui ajoutent l’espace du calcul environnemental aux espaces déjà constitués et instrumentés des calculs techniques et économiques. Différents outils d’évaluation environnementale peuvent être utilisés tels que l’Empreinte Écologique, le Bilan Carbone ou encore l’Analyse du Cycle de Vie (ACV). Au regard de sa capacité à évaluer des enjeux globaux et multiples, l’ACV est l’outil le plus souvent utilisé. L’ACV évalue les impacts environnementaux potentiels d’un système (produit ou service) en identifiant et en quantifiant les entrants et les sortants de ce système et en les traduisant en impacts environnementaux potentiels. Elle évalue de manière pertinente les impacts globaux, tels que le changement climatique ou la déplétion de la couche d’ozone, mais est peu adaptée à une évaluation des impacts locaux tels que l’acidification, l’eutrophisation ou encore la toxicité du fait de la nécessaire finesse de prise en compte des conditions de l’émission engendrant potentiellement ces impacts. Ce travail de thèse vise à développer une méthodologie d’évaluation « spatialisée » des impacts environnementaux locaux que sont la toxicité (ou atteinte à la santé humaine) et les odeurs et leur intégration à la méthodologie d’ACV. L’intérêt et les limites de ce développement méthodologique sont mis en évidence dans une application de l’évaluation des performances environnementales de systèmes de gestion des déchets municipaux, secteur d’activité soumis à une évaluation environnementale systématique lors de la planification départementale et théâtre de nombreuses controverses dont l’évaluation des impacts locaux est souvent le cœur. La méthodologie d’évaluation développée dans le cadre de cette thèse repose sur l’approche Site Dependent (modélisation de l’impact en considérant les caractéristiques spatio-temporelles de la source d’émission et du milieu impacté) et permet de prendre en compte le devenir de la substance et les conditions d’exposition pour déterminer, dans un premier temps, l’occurrence de l’impact et, dans un deuxième temps, son intensité. Ce développement méthodologique, pour intégrer la différenciation spatiale lors de l’évaluation des impacts, est appliqué à deux impacts locaux reflétant des problématiques locales fortes pour beaucoup de secteurs industriels mais notamment pour le secteur du traitement des déchets : la toxicité et les odeurs. Concernant l’évaluation de la toxicité, il s’agit de caractériser l’impact de manière plus robuste que cela est classiquement fait en ACV en intégrant les caractéristiques spatiales. Pour l’impact odeurs, il s’agit de construire une première voie vers la quantification de cet impact, non évalué par les outils génériques d’évaluation environnementale. / Municipal solid waste management focuses operational, strategic and environmental issues. We observed recently a development of measures to assess environmental impacts, which add the environmental impact to technical and economical calculations. Different environmental assessment tools can be used such as the Ecological Footprint, Carbon Footprint or Life Cycle Assessment (LCA). Due to its ability to assess global and multiple issues, LCA is most often used. LCA assesses potential environmental impacts of a system or a product identifying and quantifying inputs and outputs of the system and converting them into potential environmental impacts. LCA is a relevant method to assess global impacts such as climate change or ozone layer depletion. But this method is not suitable to assess local impacts such as acidification, eutrophication or human toxicity due to the required precision to take into account the conditions of emission that potentially cause the impacts. This PhD work aims to develop a methodology of spatial assessment for two local environmental impacts (human toxicity and odours) and their integration to LCA. Advantages and limitations of this development are highlighted in the assessment of environmental performances of municipal solid waste systems. This sector is subjected to systematic environmental assessment during administrative planning and is prone the numerous controversies in which assessment of local impacts is often the heart of the matter. The methodology developed is based on the Site Dependent approach (modeling of impact with consideration of spatial and temporal characteristics of the emission source and the impacted environmental) and allows to take into account the fate of the substance and the exposure conditions to determine firstly the occurrence of the impact and secondly its intensity. This methodology aiming to integrate spatial differentiation in assessment of impacts, is applied to two local impacts reflecting strong local issues for many sectors, but particularly in the sector of waste treatment: human toxicity and odours. For the human toxicity assessment, the aim is to characterize impacts in more solid way than in conventional LCA that integrates spatial characteristics. For impact odour, the aim is to develop a first approach to quantify this impact, but not assessed by generic tools used for environmental assessment.

Les 'révolutions vertes' des 50 dernières années ont permis à l'agriculture de répondre à une demande croissante en produits agricoles, grâce aux progrès génétiques et à l'apport généralisé d'intrants permettant de lever des contraintes à la croissance des cultures. Ces pratiques n'ont toutefois pas été sans conséquences pour les écosystèmes, mettant en danger leur capacité à fournir leurs services actuels: production de nourriture et d'énergie, purification de l'eau, régulation du climat, etc... L'agriculture se trouve ainsi face à un dilemme: peut-on concilier la satisfaction de besoins en constante augmentation avec la préservation de l'environnement?<br /><br />Mes recherches s'inscrivent dans cette problématique, et sont centrées sur l'évaluation des systèmes de grandes cultures, avec une approche intégrée sous forme de bilan environnemental. Le bilan prend en compte de façon simultanée les impacts des pratiques culturales sur les milieux sol, eau, et atmosphère, pour un niveau de production donné, permettant ainsi de minimiser les transferts de pollution entre compartiments. Les impacts envisagés concernent les éléments carbone et azote, ainsi que les pesticides, à la fois pour les échanges gazeux, la rétention dans les sols et le rejet vers les eaux souterraines. La quantification des pertes environnementales repose sur une modélisation des cycles bio-géochimiques dans les systèmes sol-plante.<br /><br />Le développement de modèles intégrés de simulation des processus d'émission de polluants, avec un accent particulier sur les échanges gazeux, a constitué la majeure partie de mon activité, et dans ses différentes facettes: intégration de processus, test sur jeux de données expérimentales, extrapolation dans le temps et dans l'espace, et enfin application au diagnostic environnemental dans des contextes finalisés. Ces derniers ont impliqué des domaines comme les bio-énergies, le recyclage de déchets urbains en agriculture, ou l'introduction de cultures tolérantes aux herbicides à large spectre.<br /><br />La conclusion de ces analyses est que les marges de manoeuvre sont: i/ relativement faibles si l'on raisonne les pratiques de façon incrémentale dans le paradigme actuel, relativement intensif, ou ii/ intéressantes mais uniquement sur certains enjeux (eg, effet de serre pour bio-énergie), les autres enjeux étant plus difficiles à quantifier car tributaires des contextes locaux. Mes recherches futures vont donc porter sur une approche plus systémique des productions ou fonctions évaluées, intégrant des disciplines comme la micro-économie ou l'agronomie, et se déroulant dans un territoire décrit de façon explicite.

Les évolutions des enjeux environnementaux et de la réglementation Européenne impliquent que la conception des produits automobiles s'appuie sur des évaluations environnementales des solutions de natures " systémiques ". L'ACV est la seule approche véritablement reconnue pour mesurer la performance environnementale des systèmes, en identifiant les étapes et les activités les plus polluantes sur l'ensemble de leur cycle de vie. Les résultats d'ACV permettent donc de prendre des mesures ou d'établir des stratégies de réduction des impacts environnementaux dès la phase de conception, en fournissant un retour d'expérience sur les solutions techniques évaluées. Pour ce faire, l'ACV doit être réellement intégrée et exploitée en temps réel dans le processus de conception. Cette condition est le seul moyen de " garantir " une " réelle et efficace " prise en compte de la performance environnementale des nouveaux produits dans les prises de décisions de conception. En effet, puisque une part importante de ces décisions revient aux concepteurs, l'implication de ces derniers dans l'évaluation environnementale est incontournable pour disposer d'un maximum d'espace d'éco-conception innovante. L'ACV dans sa forme normalisée et commercialisée s'avère cependant trop complexe pour être directement intégrée dans le processus de conception. Les difficultés majeures se posent sur l'appropriation même de l'outil par les concepteurs et sur son intégration dans le processus de conception. Nous avons développé et expérimenté durant cette thèse, au sein de l'équipementier Faurecia, une nouvelle méthodologie permettant d'opérationnaliser l'ACV en conception. Elle repose sur trois principes. Le premier principe porte sur une standardisation des hypothèses et du périmètre de la modélisation ACV pour un système produit dans une même entreprise. Le second principe consiste en une restitution du profil environnemental d'un produit sans passer par la modélisation ACV, grâce à une approche fictive par des "fonctions d'impacts". Le troisième principe vise à la simplification de l'interprétation des résultats d'ACV par les concepteurs, en réduisant le nombre de critères à prendre en compte et en facilitant leur compréhension grâce à la création d'un référentiel par familles de produits.

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 sociale du cycle de vie (ASCV) est un outil d'évaluation des aspects sociaux des systèmes de produits qui s'intéresse à toutes les étapes du cycle de vie d'un produit. Le cadre méthodologique de l'ASCV s'est développé à partir de l'Analyse du cycle de vie environnementale (ACV), une méthode normalisée ISO qui évalue les impacts environnementaux des produits en considérant toutes les étapes de leur cycle de vie, c'est-à-dire de l'extraction des matières premières à la mise au rebut, en passant par la transformation, la distribution et la consommation. En plus de pallier les impacts environnementaux des produits avec leurs aspects sociaux, l'ASCV permet de mettre en lumière les aspects sociaux d'étapes du cycle de vie éloignées dans l'espace, favorisant ainsi une équité intragénérationnelle. L'ASCV est en plein développement et bénéficie actuellement d'un effort de recherche international considérable. Le cadre méthodologique de l'outil s'est grandement défini avec la rédaction de lignes directrices pour l'ASCV, coordonnées par l'Initiative cycle de vie du PNUE-SETAC, et dont le lancement à eu lieu en mai 2009. Plusieurs éléments de la méthode restent cependant à être précisés; c'est le cas des modèles de caractérisation, c'est-à-dire les modèles permettant de juger des aspects sociaux, depuis les variables collectées sur le cycle de vie du produit, en attribuant une valeur quantitative ou semi-quantitative représentative de l'impact, du bénéfice ou de la performance sociale. Ce mémoire présente et discute plus spécifiquement un modèle de caractérisation pour l'analyse des points chauds, soit l'évaluation du risque d'impacts ou de mauvaises performances pour les secteurs et pays impliqués dans le cycle de vie des produits. Nous avons élaboré un indice composé d'indicateurs puisés auprès de l'Organisation internationale du travail (OIT) afin de juger de la décence des salaires au niveau national. Si cet indice tente de représenter les valeurs prônées par l'OIT, considérées comme représentatives d'un consensus international, nous ne concluons pas sur une adéquation, ou non, de l'indice proposé. En effet, des jugements subjectifs entrent nécessairement dans la composition de ce type de modèle de caractérisation et un consensus d'experts dans le domaine du travail permettant de valider le modèle n'a pas été recherché dans la démarche de ce projet de recherche. Enfin, ce mémoire présente une réflexion sur le rapport entre le résultat du modèle de caractérisation et le produit. À cet effet, nous proposons que pour certains aspects sociaux relevant des organisations, le lien direct entre la valeur de l'indicateur de catégorie (soit le résultat du modèle de caractérisation) et l'unité fonctionnelle est impertinent et qu'il est, dans ce cas, inadéquat de parler de l'impact d'un produit per se. Le fait que les indicateurs de catégorie représentant les aspects sociaux du type « organisationnel » soient mis à l'échelle du système de produit selon l'importance relative d'une variable d'activité pour chacune des organisations propose plutôt qu'il soit question d'une analyse des aspects sociaux des organisations impliquées dans le système de produit. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Analyse du cycle de vie, Analyse sociale du cycle de vie, Indicateurs, Indice, Conditions de travail, Salaires.

La gestion des déchets ménagers concentre des enjeux opérationnels, stratégiques et environnementaux. On observe depuis quelques années une montée en puissance des dispositifs de quantification des impacts environnementaux, qui ajoutent l'espace du calcul environnemental aux espaces déjà constitués et instrumentés des calculs techniques et économiques. Différents outils d'évaluation environnementale peuvent être utilisés tels que l'Empreinte Écologique, le Bilan Carbone ou encore l'Analyse du Cycle de Vie (ACV). Au regard de sa capacité à évaluer des enjeux globaux et multiples, l'ACV est l'outil le plus souvent utilisé. L'ACV évalue les impacts environnementaux potentiels d'un système (produit ou service) en identifiant et en quantifiant les entrants et les sortants de ce système et en les traduisant en impacts environnementaux potentiels. Elle évalue de manière pertinente les impacts globaux, tels que le changement climatique ou la déplétion de la couche d'ozone, mais est peu adaptée à une évaluation des impacts locaux tels que l'acidification, l'eutrophisation ou encore la toxicité du fait de la nécessaire finesse de prise en compte des conditions de l'émission engendrant potentiellement ces impacts. Ce travail de thèse vise à développer une méthodologie d'évaluation " spatialisée " des impacts environnementaux locaux que sont la toxicité (ou atteinte à la santé humaine) et les odeurs et leur intégration à la méthodologie d'ACV. L'intérêt et les limites de ce développement méthodologique sont mis en évidence dans une application de l'évaluation des performances environnementales de systèmes de gestion des déchets municipaux, secteur d'activité soumis à une évaluation environnementale systématique lors de la planification départementale et théâtre de nombreuses controverses dont l'évaluation des impacts locaux est souvent le cœur. La méthodologie d'évaluation développée dans le cadre de cette thèse repose sur l'approche Site Dependent (modélisation de l'impact en considérant les caractéristiques spatio-temporelles de la source d'émission et du milieu impacté) et permet de prendre en compte le devenir de la substance et les conditions d'exposition pour déterminer, dans un premier temps, l'occurrence de l'impact et, dans un deuxième temps, son intensité. Ce développement méthodologique, pour intégrer la différenciation spatiale lors de l'évaluation des impacts, est appliqué à deux impacts locaux reflétant des problématiques locales fortes pour beaucoup de secteurs industriels mais notamment pour le secteur du traitement des déchets : la toxicité et les odeurs. Concernant l'évaluation de la toxicité, il s'agit de caractériser l'impact de manière plus robuste que cela est classiquement fait en ACV en intégrant les caractéristiques spatiales. Pour l'impact odeurs, il s'agit de construire une première voie vers la quantification de cet impact, non évalué par les outils génériques d'évaluation environnementale.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La prise en compte des impacts environnementaux liés à la Fabrication Additive (FA) est un sujet encore en développement et loin d'être consolidé. Cette thèse tente de répondre à la question suivante: Comment identifier et maîtriser les impacts environnementaux liés à la mise en usage des technologies de Fabrication Additive ?Une approche centrée sur l’analyse de scénarios d’usages a été appliquée. Trois scénarios ont été identifiés et étudiés: 1) La Fabrication Personnelle; 2) l’Utilisation commerciale de la FA et 3) l’Utilisation Industrielle de la FA. L'analyse de la littérature et l’application de la méthode d’Analyse du Cycle de Vie – ACV ont fourni les données nécessaires afin d’identifier les différents hotspots environnementaux dans chaque scénario.Pour le cas de la « Fabrication Personnelle », l'étude souligne l'importance de mettre en évidence les aspects humains. La façon dont les gens utilisent la technologie génère bien souvent plus d’impact que la technologie elle-même. Pour le cas du scénario «Utilisation Commerciale», c’est la phase de production qui génère le plus d'impacts environnementaux, en raison de la consommation d’énergie du processus d'impression. Les résultats du scénario « Utilisation Industriel», avec l’utilisation de la technologie EBM, indiquent que la consommation d’énergie du processus d'impression, la fabrication de poudre, ainsi que les processus de Finition sont les principales sources d’impacts.Les résultats des trois études ont été analysés et rassemblés de manière à concevoir un cadre systémique montrant les contributeurs aux impacts dans le cas de la mise en usage de technologies de FA. Quatre groupes de contributeurs ont ainsi été identifiés en lien avec: le produit, le processus d'impression (aspects techniques), et le niveau d'expérience de l'utilisateur en matière de CAO et d'impression (aspects humains). Pour chaque groupe, plusieurs contributeurs ont été associés (consommation d’énergie, masse du produit, temps d’usage de la CAO,…). A partir de ce cadre, nous avons pu construire un modèle simplifié pour l’ACV adapté au cas de la mise en usage de la FA. Il a donné lieu à l’élaboration d’un démonstrateur pour estimer les impacts environnementaux liés à la mise en usage de la fabrication additive. / The subject of the environmental impacts related to Additive Manufacturing is evolving and far from being consolidated. This thesis tries to answer the following question: How to identify and control the environmental impacts associated to the use of Additive Manufacturing technologies? An approach centred on scenarios was applied. Three specific scenarios were identified and studied: 1) Personal Fabrication; 2) Business use of AM and 3) Industrial use of AM. Literature analysis and the use of the Life Cycle Assessment-LCA approach provided accurate data to identify the different hotspots of environmental impacts in each scenario.In the Personal Fabrication case, the study highlights the importance of placing a greater focus on the Human aspects. The way people use the technology often generates more impacts than the technology itself. In the ‘Business’ scenario the findings show that the energy consumed in Production phase is the most representative phase in terms of environmental impacts. Results from the ‘Industrial’ scenario using EBM technology suggests that the energy consumption of the Printing Process, the powder manufacturing, as well as the Post-treatment process are the main sources of the environmental impacts.The results of the three studies were analysed and gathered in such a way to design a systemic framework of impacts in the case of AM use. Four group of impacts drivers are recognised: The product and the Printing Process (Technical aspects) and the User’s level of experience in CAD and Printing (Human Aspects). For each group, several impact contributors are identified (product height, CAD use time, etc.). From this framework, an adapted LCA model was designed and a software concept was created to estimate the environmental impacts related to use of AM technologies.