L'énergie solaire est connue pour sa nature intermittente par rapport aux ressources d’énergie fossile. Cette observation souligne la nécessité d'utilisation d’un système de stockage d'énergie thermique. Le système de stockage thermocline est considéré comme un système de stockage rentable. La présente thèse vise à étudier le potentiel des roches basaltiques et siliceuses comme des candidates matériaux de stockage pour les centrales solaires concentrées. Les études expérimentales des propriétés thermo-physiques et thermomécaniques de ces roches à des températures allant jusqu'à 1000°C montrent que ces roches offrent de bonnes propriétés thermiques par rapport aux matériaux classiques de stockage. L'analyse du système de stockage thermocline sur un lit de roches à air direct est réalisée par une approche numérique. En outre, cette recherche vise également à évaluer l’impact environnementale de ce type de système de stockage en effectuant une analyse comparative de son cycle de vie. Enfin, une étude complémentaire réalisée dans le but de produire une carte d'indice de pertinence a permis d’identifier les zones les plus appropriées pour la construction des centrales solaires en Egypte. L'originalité de cette approche alternative pour le stockage d'énergie thermique est qu’elle combine la performance et la disponibilité des matériaux de stockage tout en réduisant leurs impacts environnementaux et financiers. / Compare to fossil fuel energy resources, solar energy is known for its intermittent nature. This observation highlights the need for the use of a thermal energy storage system. The thermocline storage system is considered as a cost-effective storage system. This thesis aims to study the potential of basalt and silex rocks as candidate storage materials for concentrated solar power plants. Experimental studies of the thermo-physical and thermo-mechanical properties of these rocks at temperatures up to 1000°C show that these rocks offer good thermal properties compared with conventional storage materials. The analysis of the thermocline storage system of air rock-packed bed is carried out using a numerical approach. This research also aims to assess the environmental impact of this type of storage system by conducting a comparative analysis of its life cycle. Finally, a complementary study carried out with the aim of producing a relevance index map made it possible to identify the most suitable areas for the construction of solar power plants in Egypt. The originality of this alternative approach for thermal energy storage is that it combines the performance and availability of storage materials while reducing their environmental and financial impacts.

L’objectif de ce travail est de développer un cadre méthodologique et générique d’éco-conception de procédés chimiques couplant des outils de modélisation et de simulation traditionnels de procédés (HYSYS, COCO, ProSimPlus et Ariane), d’Analyse du Cycle de Vie (ACV), d’optimisation multiobjectif basée sur des Algorithmes Génétiques et enfin des outils d’aide à la décision multicritère (ELECTRE, PROMETHEE, M-TOPSIS). Il s’agit de généraliser, d’automatiser et d’optimiser l’évaluation des impacts environnementaux au stade préliminaire de la conception d’un procédé chimique. L’approche comprend trois étapes principales. Les deux premières correspondent d’une part aux phases d’analyse de l’inventaire par calcul des bilans de matière et d’énergie et d’autre part à l’évaluation environnementale par ACV. Le problème du manque d’information ou de l’imprécision dans les bases de données classiques en ACV pour la production d’énergie notamment sous forme de vapeur largement utilisée dans les procédés a reçu une attention particulière. Une solution proposée consiste à utiliser un simulateur de procédés de production d’utilités (Ariane, ProSim SA) pour contribuer à alimenter la base de données environnementale en tenant compte de variations sur les conditions opératoires ou sur les technologies utilisées. Des sous-modules « énergie » sont ainsi proposés pour calculer les émissions relatives aux impacts liés à l’utilisation de l’énergie dans les procédés. La troisième étape réalise l’interaction entre les deux premières phases et l’optimisation multi-objectif qui met en jeu des critères économiques et environnementaux. Elle conduit à des solutions de compromis le long du front de Pareto à partir desquelles les meilleures sont choisies à l’aide de méthodes d’aide à la décision. L’approche est appliquée à des procédés de production continus : production de benzène par hydrodéalkylation du toluène HDA et production de biodiesel à partir d’huiles végétales. Une stratégie à plusieurs niveaux est mise en oeuvre pour l'analyse de l'optimisation multi-objectif. Elle est utilisée dans les deux cas d'étude afin d'analyser les comportements antagonistes des critères. / The objective of this work is to propose an integrated and generic framework for eco-design coupling traditional modelling and flowsheeting simulation tools (HYSYS, COCO, ProSimPlus and Ariane), Life Cycle Assessment, multi-objective optimization based on Genetic Algorithms and multiple criteria decision-making methods MCDM (Multiple Choice Decision Making, such as ELECTRE, PROMETHEE, M-TOPSIS) that generalizes, automates and optimizes the evaluation of the environmental criteria at earlier design stage. The approach consists of three main stages. The first two steps correspond respectively to process inventory analysis based on mass and energy balances and impact assessment phases of LCA methodology. Specific attention is paid to the main issues that can be encountered with database and impact assessment i.e. incomplete or missing information, or approximate information that does not match exactly the real situation that may introduce a bias in the environmental impact estimation. A process simulation tool dedicated to production utilities, Ariane, ProSim SA is used to fill environmental database gap, by the design of specific energy sub modules, so that the life cycle energy related emissions for any given process can be computed. The third stage of the methodology is based on the interaction of the previous steps with process simulation for environmental impact assessment and cost estimation through a computational framework. The use of multi-objective optimization methods generally leads to a set of efficient solutions, the so-called Pareto front. The next step consists in identifying the best ones through MCDM methods. The approach is applied to two processes operating in continuous mode. The capabilities of the methodology are highlighted through these case studies (benzene production by HDA process and biodiesel production from vegetable oils). A multi-level assessment for multi-objective optimization is implemented for both cases, the explored pathways depending on the analysis and antagonist behaviour of the criteria.

Cette thèse de doctorat, a consisté, dans une première partie, à introduire d’une part, la notion de l’analyse du cycle de vie « ACV » et celle des biocarburants. D’autre part, à présenter l’intérêt d’appliquer une ACV sur des biocarburants afin de valoriser leurs bilans énergétiques et analyser leurs impacts environnementaux face aux carburants conventionnels. Dans une deuxième partie, nous avons comparé, d’un point de vue énergétique et environnemental, 3 scénarios de production d’électricité : 2 scénarios de cogénération (turbine à vapeur et ORC) pour la production d’énergie électrique et thermique à partir de biomasse, et un scénario de cogénération par moteur diesel. Ces scénarios sont comparés à l’aide de deux méthodes orientées « analyse des dommages »: Eco-indicateur 99 (E) et IMPACT2002+Dans une troisième partie, on a abordé la valorisation du biogaz sous forme de carburant dans des moteurs "dual fuel" pour des engins agricoles dans le but de déterminer l’impact environnemental lié à l’utilisation de ce carburant alternatif au diesel par rapport aux autres biocarburants. Les méthodes Eco-indicateur 99 (E) et CML ont été utilisées ici. On a pu ainsi identifier les principaux polluants générés à chaque étape du cycle de vie de l’agrocarburant et les étapes qui ont les plus grands impacts environnementaux et on a identifié, selon nos critères et par rapport au contexte, le scénario énergétique le plus compatible avec le principe de développement durable. / This thesis has consisted in a first part to introduce, on one hand, the concept of each of: lifecycle assessment "LCA" and biofuels, on the other hand, to present the benefits of applying aLCA on biofuels to evaluate their energy balances and to analyze their environmental impactsagainst conventional fuels.In a second part, we compared, from point of view energetic and environmental, 3 scenariosof electricity production: 2 scenarios of cogeneration (steam turbine and ORC) for theproduction of electrical energy and of heat from biomass, and a scenario of cogeneration by adiesel engine, these scenarios have been compared using two damage-oriented analysismethods: Eco-indicator 99 (E) and IMPACT2002 +In a third part, we worked on the evaluation of methane as fuel in "dual fuel" engines foragricultural purpose, the aim was to determine the environmental impact associated with theuse of this alternative fuel for diesel compared to other biofuels. Methods Eco-indicator 99(E) and CML have been used here.We were able to identify the main pollutants generated at each stage of the life cycle ofbiofuel and the steps that have the greatest environmental impacts, and to identify, accordingto our criteria and to the context the energy scenario the most consistent with the principle ofsustainable development.

Alors que nous faisons face à une crise biologique majeure, acteurs institutionnel et ONGs exhortent les entreprises à s’engager pour enrayer cette érosion écologique. L’objectif de la thèse est d’analyser, évaluer et faire évoluer la contribution potentielle des entreprises à la conservation de la biodiversité dans le cadre de leur responsabilité sociétale (RSE).Un cadre d’analyse est développé pour évaluer la prise en charge par une entreprise de ses responsabilités écologiques en termes de moyens – les initiatives RSE a priori favorables à la biodiversité mises en œuvre – et de résultats – la compatibilité des activités de l’entreprise avec la conservation de la biodiversité. Après avoir caractérisé les initiatives RSE à partir de l’étude d’engagements d’entreprises endossés comme contributions à la Stratégie nationale pour la biodiversité, une méthode est proposée pour détecter si les activités d’une entreprise sont écologiquement non-durables. Le postulat est que le respect des capacités de charge des écosystèmes est un prérequis à la conservation effective de la biodiversité. Cette méthode, adaptée de l’évaluation environnementale absolue de la durabilité, est appliquée, dans le cadre de deux projets de recherche-intervention, au portfolio alimentaire du Groupe Casino et au cycle de vie de deux installations de stockage de déchets dangereux de SARP Industries. Des orientations stratégiques visant à éviter-réduire-compenser les pressions non durables sont proposées. Soulignant l’importance de renforcer la prise en charge des pressions étendues, cette thèse ouvre plus largement des perspectives pour les secteurs d’activité et les politiques publiques. / As we are experiencing a major biological crisis, institutional actors and NGOs are calling on businesses to engage efforts aiming at halting biodiversity loss. The objective of the thesis is to analyze and evaluate the potential contribution of corporate social responsibility (CSR) to biodiversity conservation.A framework is developed to analyze to which extent a company takes in charge its ecological responsibilities. After characterizing CSR initiatives based on the case study of business commitments to contribute to the French National Biodiversity Strategy, a method is proposed to test whether business activities exert unsustainable pressures on ecosystems. It is assumed that compatibility with ecosystems’ carrying capacities is a prerequisite for effective biodiversity conservation. This method, adapted from the “absolute environmental sustainability assessment” (AESA) approach, is applied in the context of research-intervention projects to the food portfolio of the mass-market retailer Groupe Casino and to the life cycle of two facilities of SARP Industrie specialized in the disposal and storage of hazardous waste. The comparison of the company’s environmental footprints with the ecological constraints is used to draw a comprehensive strategy based on the mitigation hierarchy. As our results highlight the opportunity to strengthen the management of extended pressures through CSR, possible implications for sectors and public policies are discussed.

L’Analyse du Cycle de Vie (ACV) est une méthode d’évaluation multicritère des impacts environnementaux des biens et services. A ces débuts, l’ACV, dite Attributionnelle (ACVA), s’est attachée à analyser les impacts environnementaux dans des situations statiques pour la réalisation d’études comparatives, la communication environnementale et le développement de produits. De récents développements méthodologiques ont vu l’émergence de l’ACV Conséquentielle (ACVC) qui vise à quantifier les impacts directs et indirects de changements, via les mécanismes de marchés, permettant ainsi l’évaluation de politiques publiques. Cette thèse vise à proposer un cadre méthodologique pour l’évaluation d’instruments de politiques publiques dans le secteur de l’élevage laitier en combinant ACV et modèles économiquesElle s’articule autour de trois axes : i) identification et caractérisation des performances environnementale de technologies de production laitières par ACVA ; ii) adaptation du modèle économique MATSIM-LUCA pour les besoins de la thèse ; iii) évaluation par ACVC des impacts environnementaux de la suppression des quotas laitiers et de l’introduction d’une prime à l’herbe en Europe. Les travaux réalisés fournissent : i) une première proposition méthodologique pour l’évaluation d’instruments de politiques publiques par ACVC dans le secteur de l’élevage et ii) plusieurs pistes d’amélioration nécessaires pour rendre la méthode opérationnelle pour les décideurs publics. / Life Cycle Assessment (LCA) is a multicriteria method to assess environmental impacts of goods and services. In its early stages, LCA, known as Attributional (ALCA), was used to assess environmental impacts in a status-quo situation for benchmarking, environmental communication and product development. Recent methodological developments led to Consequential LCA (CLCA), which aims to quantify direct and indirect impacts of changes, through market mechanisms, allowing for public policy assessment. The aim of this Ph.D. thesis is to develop a methodological framework to assess public policy instruments in the livestock sector by combining LCA and economic modellingThis thesis is organized into three axes: i) identification and characterization of environmental performances of dairy production technologies through ALCA; ii) adaptation of MATSIM-LUCA economic model to the needs of the thesis; iii) environmental impact assessment through CLCA of dairy quota removal and implementation of a grass premium in the European Union. This work provides i) initial development of a methodological framework for assessing public policy instruments in the livestock sector and ii) identification of several improvements needed to make the method operational for stakeholders.

Les demandes pour la préservation de l'environnement ainsi que les préoccupations pour un développement durable, ont augmenté considérablement ces dernières décennies à travers le monde. Ce souci environnemental est également présent dans l'industrie électrique et les approches d’éco-conception sont de plus en plus présentes dans la conception et la réalisation des composants et systèmes de transmission et de distribution (T & D) de l’énergie électrique. Cette étude est menée, dans le but d'analyser les impacts des systèmes de transmission de l’énergie électrique sur l’environnement, de localiser les principales sources de pollution environnementale. Les impacts environnementaux d'un cas réel du système de transmission à 765 kV AC du Venezuela sont étudies, à l'aide de l'Analyse du Cycle de Vie (ACV). Les principales sources de pollution de l'environnement du système de transmission sont localisées, qui sont les pertes d'énergie dans les lignes de transmission et les transformateurs de puissance ainsi que les émissions de SF6 des disjoncteurs. En outre, l’analyse des impacts environnementaux de l'Ultra Haute Tension (UHV) et Très Haute Tension (THT) de lignes de transmission est menée, concernant l'efficacité énergétique d'une série de lignes de transmission (500 kV AC, 765 kV AC, 1200 kV AC, ± 500 kV DC et ± 800 kV DC) et les émissions de CO2-équivalent en raison des pertes d'énergie dans les lignes de transmission ; et l’ACV d'une ligne de transmission à 1000 kV AC nouvellement construite en Chine. / The demand to preserve the environment and form a sustainable development is greatly increasing in the recent decades all over the world, and this environmental concern is also merged in electrical power industry, resulting in many eco-design approaches in Transmission & Distribution (T & D) industries. As a method of eco-design, Life Cycle Assessment (LCA) is a systematic tool that enables the assessment of the environmental impacts of a product or service throughout its entire life cycle, i.e. raw material production, manufacture, distribution, use and disposal including all intervening transportation steps necessary or caused by the product's existence. In T & D industries, LCA has been done for a lot of products individually, in order to see one product’s environmental impacts and to seek for ways of improving its environmental performance. This eco-design for product approach is a rather well-developed trend, however, as only a single electrical product cannot provide the electrical power to users, electrical system consists of a huge number of components, in order to investigate system’s environmental profile, the entire environmental profiles of different composing products has to be integrated systematically, that is to say, a system approach is needed. Under this philosophy, the study “Eco-design of Power Transmission Systems” is conducted in this thesis, with the purpose of analysing the transmission systems’environmental impacts, locating the major environmental burden sources of transmission systems, selecting and/or developing methodologies of reducing its environmental impacts.

Les systèmes photovoltaïques organiques sont des technologies émergentes présentant de forts potentiels d’économie de ressources et de réduction des impacts sur l'environnement et la santé humaine par rapport aux dispositifs photovoltaïques conventionnels. La méthode de l’analyse du cycle de vie est appliquée afin d'évaluer la façon dont les différents procédés de fabrication, les caractéristiques des dispositifs, la phase d’utilisation et les scénarios de fin de vie des cellules photovoltaïques organiques influent sur ces avantages potentiels. Les impacts de cette technologie émergente sont comparés aux technologies conventionnelles à base de silicium pour établir un référentiel de performance des technologies photovoltaïques.En outre, les effets potentiels sur la santé humaine de l'utilisation de nanomatériaux dans les cellules photovoltaïques organiques ont été spécifiquement étudiés ; et la pertinence de l’analyse du cycle de vie pour évaluer cette catégorie d’impact a été examinée. Ainsi, un nouveau modèle d'évaluation de l'impact sur le cycle de vie est présenté afin de quantifier les dangers potentiels posés par les nanomatériaux. Enfin,ces impacts potentiels sont comparés aux avantages des cellules photovoltaïques organiques sur les cellules à base de silicium. / Organic photovoltaics present an emerging technology with significant potential for increasing the resource efficiencies and reducing the environmental and human health hazards of photovoltaic devices. The discipline of life-cycle assessment is applied to assess how various prospective manufacturing routes, device characteristics, uses and disposal options of organic photovoltaics influences these potential advantages. The results of this assessment are further compared to silicon based photovoltaics as a benchmark for performance. A deeper look is given to the potential human health impacts of the use of engineered nanomaterials in organic photovoltaics and the appropriateness of life-cycle assessment to evaluate this impact criteria. A newly developed life-cycle impact assessment model is presented to demonstrate whether the use of and potential hazards posed by engineered nanomaterials outweighs any of the resource efficiencies and advantages organic photovoltaics possess over silicon photovoltaics.

Après la crise économique en 2008, l’activité de construction en France a connu une croissance très rapide. La hausse de la demande des matériaux de construction était accompagnée d’une augmentation des quantités de déchets de construction et de CO2 émise. En 2018, l’émission de CO2 liée aux activités humaines a atteint un niveau historique mondial de 37.1 milliards de tonnes. Ceci encourage le développement des matériaux de construction qui répondent aux besoins mutants de la société d’aujourd’hui et de demain. Les géopolymères, préparés par activation alcaline, présentent une opportunité pour produire des nouveaux matériaux plus performants et respectueux de l’environnement dans le secteur de la construction. D’autre part, l’industrialisation et la robotisation font apparition dans le secteur de la construction, avec des nombreux avantages tels que l’augmentation de la productivité, la réduction des gaspillages, du coût et de la pénibilité du travail, ainsi que l’amélioration de la qualité et la sécurité.Ce travail de recherche est mené pour répondre à ces défis et verrous scientifiques. Il est réparti selon trois axes : l’élaboration de nouvelles formulations de briques géopolymères, l’intégration des matériaux géopolymères dans le processus d’industrialisation et de robotisation de la construction, et enfin l’évaluation de l’impact environnemental et économique du nouveau système de fabrication automatisé. / After the economic crisis in 2008, construction activity in France grew rapidly. The increase in demand for building materials was accompanied by an increase in the quantities of construction waste and emitted CO2. In 2018, CO2 emissions from human activities reached a world historic level of 37.1 billion tons. This encourages the development of building materials that meet the changing needs of today's and tomorrow's society. Geopolymers, prepared by alkaline activation, present an opportunity to produce new, more efficient and environment-friendly materials in the construction sector. On the other hand, industrialization and robotization are emerging in the construction sector, with many benefits such as increased productivity, reduced waste, cost and arduous work, as well as improved quality and safety.This doctoral thesis is being conducted to address these scientific challenges and issues. These are divided into three research directions: the development of new geopolymer brick formulations, the integration of geopolymer materials into the industrialization and robotization of construction processes, and finally the environmental and economic assessment of the new automated manufacturing system.