La péninsule de Milazzo, au Nord-Est de la Sicile, en Italie, est le site d'implantation d'activités anthropiques potentiellement polluantes. Parmi elles, une raffinerie et une centrale thermoélectrique. Une étude épidémiologique a montré une diminution de la qualité de la santé humaine dans la zone, mais aucune recherche n'a approfondi les raisons de cette observation. Le but de ce travail est de mieux comprendre comment les émissions des activités anthropiques de la péninsule de Milazzo impactent la santé humaine à l'échelle locale ainsi que les écosystèmes. L'approche par l'Analyse du Cycle de Vie a été choisie afin d'étudier les conséquences des émissions provenant des activités anthropiques suivantes: la centrale thermoélectrique, la raffinerie, la circulation automobile, la combustion sauvage de déchets domestiques. Les modèles à l'échelle globale Impact2002+ et ReCiPe2008 furent choisis, ainsi qu'une approche site-spécifique. Afin de réaliser ces calculs à l'échelle site-spécifique, des échantillons de sols et d'eau marine provenant de Milazzo ont été rassemblés et les paramètres locaux spécifiques ont été déduits de leurs analyses. Les résultats à l'échelle globale on montré que la combustion des déchets ménagers et que la centrale thermoélectrique sont les activités anthropiques causant le plus de dommages environnementaux. L'étude site-spécifique appliquée à l'écotoxicité du sol et de l'eau de mer a confirmé l'importance du rôle des émissions de la centrale thermoélectrique dans les dommages sur l'environnement, en particulier sur l'eau de mer. De plus, l'étude site-spécifique a permis de corriger les scores d'impact du sol, montrant l'importance à la fois de la centrale thermoélectrique et de la combustion sauvage de déchets ménagers dans les dommages sur l'environnement. En conclusion, l'étude ACV a globalement montré et expliqué les observations précédentes concernant les dommages à la santé humaine et à l'environnement sur le site d'étude alors que l'étude site-spécifique s'est montrée pertinente pour la zone particulière de Milazzo. / The Milazzo peninsula, North-Eastern Sicily, Italy, is the implantation site of potentially polluting anthropogenic activities. Among them, a refinery and a thermoelectric plant. An epidemiological study has shown a decrease of human health quality in the area, but there was no further research as to the reasons of this observation. The aim of this work is to better understand how the Milazzo peninsula's anthropogenic emissions impact the local human health and ecosystems. The Life Cycle Assessment calculating approach was chosen in order to study the consequences of the emissions resulting from the following local anthropogenic activities: the thermoelectric plant, the refinery, the road traffic, the illegal combustion of domestic waste. The Impact 2002+ and the ReCiPe 2008 global-scale models were chosen, as well as a site-specific approach. In order to conduct this site-specific calculation, Milazzo soils and seawater samples were gathered and the specific local parameters were deduced from their analyses. The global-scale results pointed out the waste combustion emissions and the thermoelectric plant as the main causes of the human health quality decrease, while the thermoelectric plant was pointed out as the anthropogenic activity causing the most environmental damages. The site-specific study applied to the soil and seawater ecotoxicity confirmed the important role of the thermoelectric plant's emissions in the damages upon the environment, especially the seawater. Moreover, the site-specific study also corrected the soil ecotoxic impact scores, showing the importance of both thermoelectric plant and illegal waste combustion contributions to the damaging of the environment. As a conclusion, LCA study as a whole enlightens and explains the previous observations of human health and ecosystem damages in the site of study while the site-specific study proved relevant in the peculiar area of Milazzo.

Cette thèse présente différents développements à la méthode analyse de cycle de vie (ACV) afin d'améliorer le niveau de considération des spécificités spatiotemporelles lors de la modélisation de systèmes. Ces développements abordent la question de la caractérisation des flux décrivant les systèmes. La discussion débute par une analyse des développements récents de la méthode ACV en ce qui concerne la considération des spécificités spatiotemporelles dans les différentes phases de cette méthode. Cette analyse identifie des lacunes quant à la pertinence des modes de caractérisation spatiale et temporelle existants. Un nouveau mode de caractérisation spatiotemporelle est alors pro-posé. La représentativité du système modélisé, le potentiel de précision de la caractérisation et le temps de travail nécessaire à la modélisation de différents systèmes sont trois critères importants qui ont été considérés pour la création de ce nouveau mode de caractérisation spatiotemporelle. Le nouveau mode proposé permet en particulier d'améliorer la généricité des processus définissant des systèmes dans différentes bases de données. Celui-ci permet ainsi de diminuer l'augmentation inévitable du travail lié à la caractérisation temporelle des systèmes. Le nouveau mode de caractérisation temporelle requiert toutefois une modification importante de la méthode de calcul des inventaires cycle de vie en raison de l'utilisation de distributions temporelles. La faisabilité de l'utilisation de ce nouveau mode et de la nouvelle méthode de calcul d'inventaire est ensuite démontrée par leurs mises en œuvre pour différents cas d'études de production d'énergie à partir de sources renouvelables. Les deux cas d'études retenus permettent de souligner l'intérêt d'une telle caractérisation spatiotemporelle accédant ainsi à une modélisation plus représentative des systèmes en fonction du niveau de précision retenu. Avec cette nouvelle approche nommée ESPA+, l'accès à ce niveau de représentativité s'accompagne cependant d'une diminution du potentiel de complétude de l'analyse. En effet, la méthode de calcul permet difficilement de dynamiser la totalité des systèmes modélisés. / This thesis presents various developments to the Life Cycle Assessment (LCA) method to improve the consideration of spatiotemporal specificities when modeling systems. These developments handle the question of how to characterize the various systems' flows. The discussion begins with an analysis of recent developments for the LCA method regarding the consideration of spatiotemporal characteristics in different phases of this method. This analysis identifies several weaknesses on how space and time are characterized today. A new spatiotemporal characterization mode is therefore proposed to minimize the adverse effects of existing characterization modes. Representativeness of the modeled system, potential accuracy of the characterization and the amount of time necessary for system modeling are three important criteria considered for the elaboration of this new spatiotemporal characterization mode. The new mode specifically improves the “genericity” of processes which are used to model systems in different databases. This “genericity” allows a reduction in the unavoidable workload increase related to the time characterization. The new method, however, requires a major change in the method of calculating life cycle inventories due to the use of temporal distributions. The feasibility of using this new method and the method of calculating inventory is then illustrated by their implementation through different case studies related to energy generation from renewable sources. The two case studies selected highlight the relevance of considering spatiotemporal characterization to model systems in a more representative way depending on the level of preci-sion used. With this new approach, named ESPA+, this higher level of representation, however, brings a potential decrease of completeness for the analysis of the system. Indeed, it is difficult to model the spatiotemporal characteristics of a complete system.

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. / The energy transition debate is a key issue for today and the coming years. One of the challenges is to limit the environmental impacts of electricity production. Decision support tools, sufficiently accurate, simple to use, accounting for environmental aspects and favoring future energetic choices, must be implemented. However, the environmental assessment of the energy pathways is complex, and it means considering a two levels characterization. The “energy pathway” is the 1st level and corresponds to its environmental distribution, to compare overall pathways. The “system pathway” is the 2nd level and compares environmental impacts of systems within each pathway. We have devised a generic methodology covering both necessary characterization levels by estimating the energy pathways environmental profiles while allowing a simple comparison of its systems environmental impacts. This methodology is based on the definition of a parameterized Life Cycle Assessment model and considers, through a Global Sensitivity Analysis, the environmental impacts of a large sample of systems representative of an energy pathway. As a second step, this methodology defines simplified models based on few key parameters identified as inducing the largest variability in the energy pathway environmental impacts. These models assess in a simple way the systems environmental impacts, avoiding any complex LCAs. This reduction methodology has been applied to the onshore wind power energy pathway in Europe and the photovoltaic energy pathway in France.

L'aquaculture et la pêche impactent l'environnement, les ressources et le fonctionnement des écosystèmes. L’un des enjeux en écologie est de placer ces activités anthropiques dans un cadre de développement durable. Afin de quantifier et de limiter ces impacts, différentes méthodes d’évaluation environnementale ont vu le jour. L’Analyse de Cycle de Vie (ACV) est une méthode pertinente pour évaluer le bilan environnemental d'un produit en prenant en compte l’ensemble de ses étapes de vie, "du berceau à la tombe", depuis l’extraction des matières premières et leurs transformations pour l'élaboration du produit, jusqu’à la fin de vie. Cette thèse porte sur l’adaptation de l’ACV au domaine de l'aquaculture et de la pêche en Tunisie. Son objectif est d'explorer les perspectives offertes par cette méthodologie afin de mieux caractériser le fonctionnement des systèmes de production de poissons et leur lien avec l’environnement. Cette étude a montré que les pratiques aquacoles et la production d'aliment de poisson sont les contributeurs majeurs aux impacts environnementaux, ceci est expliqué par l'utilisation de farine et d'huile de poisson dans la fabrication de l'aliment. Les résultats ont également montré que les impacts du chalutage de fond sont proportionnels à la quantité de carburant nécessaire pour la production. Ce travail a permis d'étudier et comparer les impacts environnementaux de l'activité aquacole et de la pêche au chalutage de fond en Tunisie. Les résultats de cette thèse ont un intérêt pour les gestionnaires en proposant des voies d'amélioration et des recommandations stratégiques de gestion pour améliorer les deux secteurs afin de les placer dans un contexte de développement durable. / The main goal of ecology is to place human activities within a framework of sustainable development by enhancing their economic benefits, their social attractiveness and their environmental performances. Ecosystems that support fisheries and aquaculture are subject to several alterations of significant relevance to their functioning and to their abilities to provide goods and services. Therefore, the long-term sustainability of fishing and aquaculture is a major concern from an environmental and ecological viewpoint. Both activities carry risks of negative environmental impacts because of its close relation with the immediate environment. To better understand environmental impacts and ensure the sustainability of fishing and aquaculture, it is necessary to develop an integrative sciencebased approach to impact assessment. Life Cycle Assessment (LCA) has emerged as a robust method to estimate potential environmental impacts associated with a product. It allows the assessment of environmental impacts “from cradle to grave”, taking into account all stages of a product’s life. This thesis focuses on the adaptation of LCA to demersal trawling and aquaculture in Tunisia. The goal is to explore how LCA improves the environmental evaluation of seafood production systems and how it helps to better understand their links with the environment. Results revealed that rearing practices and fish feed were the greatest contributors to the impacts studied due to the production of fish meal and oil and the low efficiency of feed use. The study also showed that impact intensity of demersal trawling was proportional to the amount of fuel consumed. LCA is a valuable tool for assessing how to improve environmental sustainability of demersal trawling and aquaculture.

Cette thèse est une contribution à l'étude des systèmes hybrides éoliens-photovoltaïques avec batteries sur plusieurs aspects : évaluation des sources, modélisation, simulation, optimisation du dimensionnement et enfin commande et supervision. Ainsi, dans un premier temps, une étude d'impact sur l'évaluation du potentiel en énergies renouvelables sur un site donné en prenant en compte la consommation dans un habitat résidentiel (période et méthode d'acquisition des données, techniques d'évaluation, ...) est présentée. Puis, les modèles énergétiques des différents composants du système ainsi que les aspects économiques et écologiques sont définis. L'ensemble est représenté à l'aide du logiciel Matlab/Simulink. Ensuite, une méthodologie d'optimisation du dimensionnement du système multi-sources est développée et comparée à plusieurs approches, allant d'une optimisation mono-objective à une multi-objective et évaluant le coût économique et écologique de chacune de ces solutions. Une solution « pratique » est retenue pour les composants PV, éolien et batteries du système final afin d'en évaluer la viabilité énergétique, économique et écologique. Les résultats montrent un impact environnemental faible et un coût raisonnable du point de vue économique ainsi qu'une satisfaction de la charge dans les limites tolérées par l'usager. La méthode développée de dimensionnement est comparée à un outil commercial existant. Enfin, un banc expérimental PV-éolien avec batteries est mis en oeuvre avec une nouvelle technique de supervision basée sur le contrôle des courants et l'estimation de l'état de charge des batteries. / This thesis is a contribution to the study of photovoltaic-wind-battery hybrid systems for several aspects: source evaluation, modeling and simulation, design optimization and finally control and supervision. Thus, an impact study on the evaluation of renewable energy potential at a given site taking into account consumption in residential housing (period and method of data acquisition, evaluation techniques...) is presented. In addition, all the components of the system are modeled and economic and ecological aspects are defined in order to make an overall assessment of various system configurations. All models are represented using Matlab/Simulink tool. Then, a methodology for single and multi-objective design optimization of a multi-source system is developed to minimize system Life Cycle Cost (LCC), Embodied Energy (EE) and Loss of Power Supply Probability (LPSP). A "practice solution" is thus retained and evaluated. Results show a low environmental impact and a reasonable economic cost as well as a satisfaction of the load within the limits tolerated by the user. Besides, a very convincing comparison of the developed sizing method to an existing commercial tool is presented. At the end, an experimental PV-wind-battery tested is developed in laboratory to ensure a quasi-realistic emulation of hybrid system behavior for different configurations. Accordingly, a new supervision strategy based on currents control and battery state of charge estimation is successfully validated.

L’augmentation de la consommation de ressources suscite des préoccupations quant à leur disponibilité. Ces dernières années, les organisations nationales et internationales ont défini l’approvisionnement durable des ressources et la mise en place d’une économie circulaire comme des objectifs centraux de leurs stratégies à court et long termes.Dans ce contexte, différentes approches méthodologiques relevant de l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) sont utilisées pour caractériser l'impact de l'épuisement des ressources. Les approches actuelles fournissent néanmoins des visions partielles, car dépendantes de données disponibles limitées, et ne reflètent pas les défis de la société en lien avec cette question des ressources.La méthode et les facteurs nouvellement développés fournissent une vision plus exhaustive de la disponibilité des ressources et peuvent être utilisés dans des analyses du cycle de vie ou dans des approches d'économie circulaire. Ce travail fut produit en partenariat avec le cd2e et le pôle de compétitivité Team². Il a également été réalisé en collaboration avec le bureau d’études et d’expertise en ACV, Cycleco. / Increase in resource demand raises concerns over their availability. In the recent years, national and international institutions have targeted sustainable resource supply and new economy models (e.g. circular economy, etc.) as a goal of their short- and long-term strategies. In this context, different methodological approaches under Life Cycle Assessment (LCA) framework are used to address the impact of resource depletion. However, they provide partial visions, based on limited available data, and do not reflect society challenges related to the resources. The newly developed factors and the LCIA method provide a more exhaustive vision through the availability of resources and may be used in Life Cycle Assessment or circular economy approaches. This work is done in partnership with the cd2e and Team2 cluster. It is also carried out in collaboration with CYCLeco Life Cycle Assessment Experts.

Dans ce travail, une étude est réalisée sur le développement d'une méthodologie permettant la génération et l'évaluation de nouvelles trajectoires de valorisation pour des déchets. Ainsi, pour répondre à cette problématique, trois sous problèmes ont été identifiés. Le premier concerne un cadre de modélisation permettant la représentation structurée et homogène de chaque trajectoire, ainsi que les indicateurs choisis pour l'évaluation de ces dernières, permettant une sélection ultérieure. Le deuxième se concentre sur le développement d'une méthodologie puis la réalisation d'un outil permettant la génération de nouvelles trajectoires en s'appuyant sur d'autres connues. Enfin, le dernier sous problème concerne le développement d'un second outil développé pour modéliser et estimer les trajectoires générées. La partie de création d'un cadre de modélisation cherche à concevoir des structures globales qui permettent la catégorisation des opérations unitaires sous plusieurs niveaux. Trois niveaux de décomposition ont été identifiés. La Configuration générique de plus haut niveau, qui décrit la trajectoire sous de grandes étapes de modélisation. Le second niveau, Traitement générique propose des ensembles de structures génériques de traitement qui apparaissent régulièrement dans les trajectoires de valorisation. Enfin, le plus bas niveau se focalise sur la modélisation des opérations unitaires. Un second cadre a été créé, plus conceptuel et comportant deux éléments : les blocs et les systèmes. Ces cadres sont ensuite accompagnés par un ensemble d'indicateurs choisis à cet effet. Dans une volonté d'approche de développement durable, un indicateur est sélectionné pour chacune de des composantes : économique, environnemental et social. Dans notre étude, l'impact social se limite à l'estimation du nombre d'emplois créés. Afin de calculer cet indicateur, une nouvelle approche se basant sur les résultats économiques d'une entreprise a été proposée et validée.L'outil de génération de nouvelles trajectoires s'appuie sur l'utilisation de la connaissance en utilisant un système de raisonnement à partir de cas (RàPC). Pour être adapté à notre problématique, la mise en œuvre de ce dernier a impliqué la levée de plusieurs points délicats. Tout d'abord, la structuration des données et plus largement la génération de cas sources sont réalisées par un système basé sur des réseaux sémantiques et l'utilisation de mécanismes d'inférences. Le développement d'une nouvelle méthode de mesure de similarité est réalisé en introduisant la notion de définition commune qui permet de lier les états, qui sont des descriptions de situations, à des états représentant des définitions générales d'un ensemble d'états. Ces définitions communes permettent la création d'ensembles d'états sous différents niveaux d'abstraction et de conceptualisation. Enfin, un processus de décompositions des trajectoires est réalisé afin de résoudre un problème grâce à la résolution de ses sous-problèmes associés. Cette décomposition facilite l'adaptation des trajectoires et l'estimation des résultats des transformations. Basé sur cette méthode, un outil a été développé en programmation logique, sous Prolog. La modélisation et l'évaluation des voies de valorisation se fait grâce à la création d'outil spécifique. Cet outil utilise la méta-programmation permettant la réalisation dynamique de modèle de structure. Le comportement de ces structures est régi par la définition de contraintes sur les différents flux circulants dans l'ensemble de la trajectoire. Lors de la modélisation de la trajectoire, ces contraintes sont converties par un parser permettant la réalisation d'un modèle de programmation par contraintes cohérent. Ce dernier peut ensuite être résolu grâce à des solveurs via une interface développée et intégrée au système. De même, plusieurs greffons ont été réalisés pour analyser et évaluer les trajectoires à l'aide des critères retenus. / In this work, a study is realised about the creation of a new methodology allowing the generation and the assessment of new waste recovery processes. Three elements are proposed for that. The first one is the creation of a modelling framework permitting a structured and homogeneous representation of each recovery process and the criteria used to asses them. The second one is a system and a tool generating new recovery processes from others known. Finally, the last element is another tool to model, to estimate and to asses the generated processes. The creation of a modelling framework tries to create some categories of elements allowing the structuring of unit operations under different levels of description. Three levels have been identified. In the higher level, the Generic operation which describes global structure of operations. The second one is Generic treatment which is an intermediate level between the two others. It proposes here too categories of operations but more detailed than the higher level. The last one is the Unit operation. A second framework has been created. It is more conceptual and it has two components : blocs and systems. These frameworks are used with a set of selected indicators. In a desire of integrating our work in a sustainable development approach, an indicator has been chosen for each of its components: economical, environmental and social. In our study, the social impact is limited to the number of created jobs. To estimate this indicator, we proposed a new method based on economical values of a company. The tool for the generation of new waste recovery processes used the methodology of case-based reasoning CBR which is based on the knowledge management. Some difficult points are treated here to adapt the CBR to our problem. The structuring of knowledge and generally the source case generation is realised by a system based on connections between data and the use of inference mechanisms. The development of a new method for the similarity measure is designed with the introduction of common definition concept which allows linking states, simply put description of objects, to other states under different levels of conceptualizations and abstractions. This point permits creating many levels of description. Finally, recovery process is decomposed from a main problem to some sub-problems. This decomposition is a part of the adaptation mechanism of the selected source case. The realisation of this system is under logic programming with Prolog. This last one permits the use of rules allowing inferences and the backtracking system allowing the exploration to the different possible solution. The modelling and assessment of recovery processes are done by a tool programmed in Python. It uses the meta-programming to dynamically create model of operations or systems. Constraint rules define the behaviour of these models allowing controlling the flux circulating in each one. In the evaluation step, a parser is used to convert theses rules into a homogeneous system of constraint programming. This system can be solved by the use of solvers with an interface developed for that and added to the tool. Therefore, it is possible for the user to add solvers but also to add plug-ins. This plug-ins can make the assessment of the activity allowing to have different kinds of evaluation for the same criteria. Three plug-ins are developed, one for each selected criterion. These two methods are tested to permit the evaluation of the proposed model and to check the behaviour of them and their limits . For these tests, a case-base on waste has been created Finally, for the modelling and assessment tool, a study case about the recovery process of used tyres in new raw material is done.

En France, le développement rapide de la méthanisation, procédé de production d'énergie renouvelable par dégradation de résidus organiques, soulève la question de la pertinence environnementale de la filière. Cette dernière mérite d'autant plus d'être évaluée que le développement de la filière est inscrit dans les plans climatiques et énergétiques nationaux. La méthanisation centralisée s'insère d'ailleurs de manière profitable dans diverses démarches d'écologie industrielle et territoriale (EIT), au sein desquelles la multifonctionnalité du procédé constitue un atout substantiel en faveur du bouclage des flux de matière et d'énergie. Cette multifonctionnalité représente néanmoins la principale source de difficultés méthodologiques rencontrées lors de l'évaluation des performances environnementales de systèmes de méthanisation. Sa résolution, à savoir la définition de la fonction principale d'un système, passe par la contextualisation de la méthode. Pour l'analyse du cycle de vie (ACV), cette contextualisation se révèle pertinente dès la première étape de la méthodologie. Ce travail de thèse propose un cadre conceptuel visant à définir des scénarios de méthanisation contraints par leur territoire d'implantation. Pour cela, une approche systémique territoriale, impliquant les systèmes d'information géographique (SIG) et la modélisation orientée objet, a été développée. Elle résulte en un modèle spatial de l'insertion territoriale d'une filière de méthanisation centralisée, qui intègre l'ensemble de ses éléments constitutifs, réseaux ou variables. A l'issue de l'approche systémique a lieu une phase d'optimisation fonctionnelle et spatiale qui met en jeu trois séries successives d'indicateurs, permettant de définir : (i) la fonction principale que remplirait un système de méthanisation au sein du territoire étudié, (ii) les configurations possibles d'un système de méthanisation qui puissent satisfaire à cette fonction principale et (iii) les zones préférentielles d'implantation des scénarios élaborés. Cette méthodologie, conçue de manière à être transposable à tout territoire français, s'intègre aux étapes de l'ACV de définition des objectifs et d'inventaire du cycle de vie. Afin de valider l'applicabilité de la méthode développée, deux territoires contrastés ont été soumis à l'approche systémique territoriale. Ces cas d'étude ont mis en évidence les liens entre spécificités territoriales et conception de la filière. L'influence de la fonction principale retenue pour un système de méthanisation sur la réalisation et les résultats de l'ACV a par ailleurs été étudiée pour l'un de ces territoires. Les différences les plus notoires tiennent aux substitutions et montrent l'importance de développer la méthanisation en priorité lorsque le contexte local permet aux fonctions multiples de la filière de remplacer des filières existantes dont les impacts sur l'environnement sont particulièrement préjudiciables. / In France, the rapid development of anaerobic digestion (a process used to generate renewable energy by breaking down organic residues) has led to the environmental relevance of this solution being questioned. It is particularly worthwhile evaluating inasmuch as development of the sector forms part of national climate and energy plans. Centralised anaerobic digestion also fits in profitably with various industrial ecology approaches, with the multifunctionality of the process constituting a substantial asset in that it favours circular flows of materials and energy. However, this multifunctionality also represents the main source of the methodological difficulties encountered in the evaluation of the environmental performance of anaerobic digestion systems. Resolving this, i.e. defining the main function of a system, requires the environmental evaluation method to be contextualised. For life cycle assessment (LCA), this contextualisation emerges as being appropriate to the first stage of the methodology. This thesis puts forward a conceptual framework, aimed at defining anaerobic digestion scenarios that are consistent with the particularities of the territory in which they are located. To do this, a territorial systemic approach, involving geographic information systems (GIS) and object-oriented modelling, was developed. The approach has resulted in a spatial model for territorial location of a centralised anaerobic digestion solution, incorporating all its component parts, networks and variables. The systemic approach was followed by a phase of functional and spatial optimisation involving three successive sets of indicators, enabling the following to be defined: (i) the main function to be played by an anaerobic digestion system within the territory studied, (ii) the possible configurations of an anaerobic digestion system capable of fulfilling this main function and (iii) the preferential zones for locating the scenarios envisaged. This methodology, designed to be transposable to any territory within France, forms part of the first two LCA stages, i.e. definition of objectives and life cycle inventory. In order to validate the applicability of the method developed, the territorial systemic approach was applied to two different territories. These case studies highlight the links between specific territorial characteristics and the design of the local solution. The influence of the main function selected for an anaerobic digestion system on the performance and results of the LCA was also studied for one of these territories. The most noteworthy differences relate to substitution, highlighting the importance of developing anaerobic digestion as a priority when the local context makes it possible for the multiple functions of the solution to replace existing sectors with particularly harmful effects on the environment.

Répondre aux défis du développement durable exige la prise en considération des aspects économiques, sociétaux et environnementaux des projets. Dans le domaine des terrassements, les actions portent notamment sur l'optimisation de la valorisation des matériaux extraits grâce aux techniques de traitement des sols. Le projet s'est principalement porté sur les produits de traitement dérivant de la transformation de matières premières renouvelables : solutions « enzymatiques », lignosulfonates et solutions acides. Des données factuelles concernant les effets des traitements sur les caractéristiques hydromécaniques de quatre sols (un limon, un sol argileux et deux sables) ont été acquises mettant en évidence une augmentation de l'efficacité du compactage après traitement du limon au produit enzymatique et au lignosulfonate. La recherche des mécanismes d'action s'est fondée sur une étude de la microstructure par microscopie électronique à balayage et porosimétrie au mercure complétée par l'évaluation des effets d'un ajout de produits tensioactifs sur les propriétés des sols. L'objectif de l'étude dépasse cependant l'évaluation des modalités d'action des produits et vise également à prendre en compte les préoccupations environnementales. Ainsi, une étude d'analyse du cycle de vie a été menée pour chaque application ce qui a permis d'identifier les conditions optimales pour lesquelles les traitements combinent intérêts techniques et environnementaux. Ces conditions sont réunies lors du compactage des sols secs sous réserve que l'étape de production et de transport des produits ne soit pas excessivement pénalisante comme mis en évidence lors de l'étude de sensibilité / Sustainable development principles lead earthworks companies to use all natural materials and to reduce the environmental impact of their activities. In this context, the use of industrial organic products derived from the processing of renewable matter has been proposed. In this study, three non traditional products have been selected: an enzymatic solution, a lignosulfonate and an acid solution. In a first approach, hydromechanical properties of four treated soils (a silt, a clayey soil and two sands) were investigated. The experimental results showed interesting applications for the silt when its natural water content is low. Indeed, the compaction ability of the soil was increased after enzymatic and lignosulfonate treatments. Thus, savings of water and energy could be expected during the construction stage. To gain a better understanding of the mechanisms of the treatment products, the microstructure of treated soil were investigated with scanning electron microscopy, mercury injection porosity and was completed by the study of a surfactant addition in soils. The global aim of the study was beyond the characterization of mechanical behavior of treated soils, therefore, environmental balance was also estimated for the different applications defined in accordance to the experimental results. For enzymatic and lignosulfonate treatments, a comparison of the global environmental impact was done thanks to a life cycle assessment methodology. This approach showed that technical and environmental interest are associated for the compaction of dry soils when the production and transport steps have limited environmental impact as demonstrated in the sensitivity analysis

La méthode de l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) est devenue ces dernières années un outil d’aide à la décision « environnementale » pour évaluer l’impact des produits et des processus associés. La pratique de l’ACV est documentée comme un outil pour l’évaluation d’impacts, la comparaison et la prise de décisions « orientée produit ». L’exploitation d’une telle méthode pour les procédés de l’industrie bio-physico-chimique a gagné récemment en popularité. Il existe de nombreux faisceaux d’amélioration et d’expansion pour sa mise en oeuvre pour l’évaluation des procédés industriels. L’étude s’attache à la production de biocarburant à partir de la plante Jatropha curcas L. selon une approche « attributionelle ». Cette étude présente l’évaluation environnementale d’un agro-procédé et discute de l’opportunité de coupler les concepts, les méthodes et les outils de l’ACV et de l’IPAO (Ingénierie des Procédés Assistés par Ordinateur). Une première partie présente l’ACV appliquée à l’agrochimie. L’état de la littérature apporte des enseignements sur les diverses études qui mettent en évidence le rôle et l’importance de l’ACV pour les produits et les différents agro-procédés. La substitution des carburants classiques par les biocarburants est considérée comme une voie potentielle de substitution aux énergies fossiles. Leur processus se doit d’être évalué au regard de l’impact environnemental et du paradigme du développement durable, en complément des critères classiques, économiques et politiques. La deuxième partie aborde notre étude ACV de la production du biocarburant à partir de la plante Jatropha. Cette évaluation englobe la culture et la récolte en Afrique, l’extraction de l’huile et la phase de production de biocarburants, jusqu’à son utilisation par un moteur à explosion. À cet effet, les normes ISO 14040 et 14044 sont respectées. Basée sur une perspective « midpoint » avec les méthodes de calcul d’impacts, Impact 2002+ et CML, nous fournissons les premiers résultats de la phase d’interprétation (GES, appauvrissement des ressources, la couche d’ozone, l’eutrophisation et l’acidification). Cette étude démontre le potentiel de production de biocarburants de deuxième génération à réduire l’impact environnemental. Dans le même temps, elle révèle que l’unité de transesterification est le plus impactant. Nous identifions les limites de notre application selon une approche ACV « pure ». Dans la troisième partie, nous discutons des bénéfices attendus du couplage de l’ACV et des méthodes de modélisation et de simulation de l’ingénierie des procédés. Nous suggérons alors une amélioration de l’approche environnementale des systèmes de production. Nous fournissons un cadre de travail intégrant les différents points de vue, système, processus et procédé afin d’évaluer les performances environnementales du produit. Un outil logiciel, SimLCA, est développé sur la base de l’environnement Excel et est validé par l’utilisation de la solution ACV SimaPro et du simulateur de procédés Prosim Plus. SimLCA permet un couplage ACV-simulation pour l’évaluation environnementale du système complet de production de biocarburant. Cette intégration multi-niveaux permet une interaction dynamique des données, paramètres et résultats de simulation. Différentes configurations et scénarios sont discutés afin d’étudier l’influence de l’unité fonctionnelle et d’un paramètre de procédé. La quatrième partie établit la conclusion générale et trace les perspectives. / With the rise of global warming issues due to the increase of the greenhouse gas emission and more generally with growing importance granted to sustainable development, process system engineering (PSE) has turned to think more and more environmentally. Indeed, the chemical engineer has now taken into account not only the economic criteria of the process, but also its environmental and social performances. On the other hand LCA is a method used to evaluate the potential impacts on the environment of a product, process, or activity throughout its life cycle. The research here focused on coupling of PSE domain with the environmental analysis of agricultural and chemical activities and abatement strategies for agro-processes with the help of computer aided tools and models. Among many approaches, the coupling of PSE and LCA is investigated here because it is viewed as a good instrument to evaluate the environmental performance of different unitary processes and whole process. The coupling can be of different nature depending on the focus of the study. The main objective is to define an innovative LCA based on approach for a deep integration of product, process and system perspectives. We selected a PSE embedded LCA and proposed a framework that would lead to an improved eco-analysis, eco-design and eco-decision of business processes and resulted products for researchers and engineers. In the first place we evaluate biodiesel for environmental analysis with the help of field data, background data and impact methodologies. Through this environmental evaluation, we identify the hotspot in the whole production system. To complement the experimental data this hotspot (i.e. transesterification) is selected for further modeling and simulation. For results validation, we also implement LCA in a dedicated tool (SimaPro) and simulation in a PSE simulation tool (Prosim Plus). Finally we develop a tool (SimLCA) dedicated to the LCA by using PSE tools and methodologies. This development of SimLCA framework can serve as a step forward for determination of sustainability and eco-efficient designing.