En France, 13 millions de personnes sont concernées par l’assainissement non collectif (ANC). Un système d’ANC est composé d’un prétraitement, en général une fosse toutes eaux, suivi d’un système de traitement. Les récentes évolutions réglementaires ouvrent un éventail de possibilités quant aux systèmes de traitement possibles pour traiter les eaux usées. L’objectif de ce travail de thèse est de développer un système de traitement des eaux usées à partir de biomasse végétale issue de déchets de l’agriculture. Un suivi analytique de six habitations individuelles a permis l’étude des caractéristiques des eaux usées avant et après leur entrée dans le système de prétraitement. Ces eaux sont caractérisées par une grande variabilité d’une famille à une autre ainsi qu’au sein d’une même habitation. La charge organique par habitant à traiter est en moyenne de 60 gDBO5.j-1 pour un volume d’eau rejeté de 90 L.j-1, soit des effluents deux fois plus concentrés que ce qu’indique la réglementation. Le dimensionnement et le suivi d’un pilote à l’échelle laboratoire ont permis d’évaluer la potentialité de plusieurs milieux végétaux pour le traitement des eaux usées prétraitées. Ils sont comparés à un milieu de référence ayant une efficacité prouvée en traitement des eaux. L’étude des performances épuratoires, pour deux charges volumiques différentes, des différents milieux a été réalisée sur quarante semaines. Cette étude a permis l’élaboration et la mise en place d’un pilote in situ à l’échelle de la maison individuelle. La démarche de l’analyse de cycle de vie a été appliquée au pilote in situ dans le but d’optimiser le procédé mis en place. De plus, l’ACV a permis d’effectuer une comparaison avec différents procédés existants. / In France, 13 million people are concerned by on-site wastewater treatment (OSWWT). An OSWWT system consists of pretreatment, usually a septic tank, followed by a treatment system. Recent regulatory developments open up a range of possibilities as to possible treatment systems for wastewater treatment. The objective of this thesis is to develop a system of wastewater treatment based on plant biomass from waste of agriculture. Analytical monitoring of six individual houses allowed the study of the characteristics of the wastewater before and after their entry into the pretreatment system. Waters are characterized by a wide variability from one family to another and from the same house. The organic load per person is treating an average of 60 gDBO5.j-1 for a volume of water discharged 90 L.j-1, that to say effluent two times more concentrated than indicated by the regulations. The design and monitoring of a pilot scale laboratory were used to evaluate the potential of several plant biomass for the treatment of pretreated wastewater. They are compared to a reference medium with proven effectiveness in water treatment. The study of treatment performance for two different volume loads of different backgrounds was performed during forty weeks. This study resulted in the development and implementation of a pilot in situ for single house. The approach of life cycle analysis has been applied to in situ pilot in order to optimize the process in place. In addition, LCA has to make a comparison with different existing OSWWT.

L'objectif de ces travaux est de contribuer à augmenter la connaissance sur la réutilisation des eaux de ruissellement de toiture. Une maison individuelle située en zone rurale et équipée d'une toiture en tuiles, et un bâtiment collectif situé en zone périurbaine avec une toiture terrasse bitumée, ont été étudiés. Les eaux de pluie collectées sont réutilisées dans l'habitat pour l'alimentation des chasses d'eau. Un suivi analytique a permis l'étude de la qualité de l'eau en plusieurs points des systèmes. Les eaux stockées sont clairement non potables et révèlent une contamination microbiologique très variable. Des pathogènes ont été quantifiés à plusieurs reprises. La qualité de l'eau distribuée ne peut donc pas être garantie au cours de l'année, d'où la recommandation d'une désinfection de l'eau avant distribution. Un suivi hydraulique a permis de déterminer les volumes d'eau potable substitués et les taux de couverture de besoins en eau. Un modèle du comportement hydraulique a été développé puis utilisé pour discuter le dimensionnement des cuves. En présence d'une désinfection, les installations ne sont économiquement pas rentables. En l'absence de désinfection, le bilan économique est positif mais la période de retour sur investissement supérieure à la durée de vie de l'installation. Une première analyse de cycle de vie a été réalisée pour comparer les deux échelles étudiées. Dans les deux cas, les processus les plus impactants sont liés aux consommations électriques de l'éventuelle désinfection ultra-violet et des pompes. En présence d'une désinfection, l'échelle du bâtiment collectif présente des impacts plus faibles. Une deuxième analyse de cycle de vie a été réalisée pour étudier la pertinence de la substitution de l'eau du réseau d'eau public par de l'eau de pluie à l'échelle d'un particulier. Elle n'est pas probante d'un point de vue environnemental. / The aim of this work is to contribute to knowledge on roof runoff reuse. A private house located in rural area with a tiled sloping roof and a research building located in suburban zone with a bituminous flat roof were studied. The collected rainwater is reused for toilet flushing. An analytical monitoring allowed the study of water quality in several points of the systems. Stored rainwater is clearly non drinkable and reveals a very variable microbiological contamination. Pathogenic agents were quantified on several occasions. Distributed water quality cannot thus be guaranteed over the year and a disinfection before distribution is recommended. A hydraulic follow-up made it possible to determine substituted volumes of drinking water by collected rainwater and water saving efficiencies. A model of the hydraulic behaviour of systems was developed then used to discuss dimensioning of the tanks. In the presence of disinfection, the installations are economically not profitable. In the absence of disinfection, the economic assessment is positive but the payback period is longer than the lifespan of the installation. A first life cycle assessment was carried out to compare the two studied scales. In both cases, the more impacting processes are related to electricity consumptions of possible ultra-violet disinfection and the pumps. In the presence of disinfection, the scale of the building presents weaker impacts. A second life cycle assessment was carried out to study the relevance of the substitution of drinking water by rainwater on a private individual scale. It is not convincing of an environmental point of view.

À l'heure où toute décision stratégique doit être conforme aux principes de la durabilité, l'évaluation des conséquences environnementales, économiques et sociales d'un choix d'ingénierie s'avère nécessaire. Parmi les outils d'évaluation des systèmes et de leurs conséquences, l'analyse de cycle de vie (ACV) dérivée de la pensée cycle de vie s'est imposée comme la méthode la plus adaptée à un tel niveau de décision. Historiquement focalisée sur les impacts environnementaux, l'ACV a naturellement étendue son champ d'évaluation aux aspects économiques, sociaux et d'ingénierie pour devenir une analyse de la durabilité (AdCV) des systèmes. L'AdCV est ainsi en train d'émerger et nécessite des propositions d'améliorations méthodologiques et des applications concrètes pour devenir robuste et applicable. Cette étude présente l'évaluation de la durabilité d'un système dans le contexte de l'agro-industrie oléicole. À cet effet, elle propose une approche intégrée d’évaluation de la durabilité basée sur l’AdCV couplée à la modélisation des processus et des procédés et, l'analyse multicritère pour l'aide à la décision. Une première partie traite des concepts de durabilité, d'ingénierie et d'agro-industrie oléicole à travers une analyse de la littérature scientifique. Dans la deuxième partie, l'approche d'évaluation de la durabilité proposée est décrite, formalisée et implémentée dans la solution logicielle « EcOlive » à l'aide d'outils empruntés à la modélisation des systèmes. Enfin, la troisième partie présente les résultats de l’application de l’approche à l’agro-industrie oléicole en s’appuyant sur un ensemble de données terrain récoltées dans le cadre du projet européen OiLCA. / Nowadays, any strategic decision must be in accordance with the sustainability principles. Therefore, companies need to evaluate the consequences of their activities and products onto environment, economy and society. Life cycle assessment (LCA) from Life cycle thinking (LCT) is one of the major environmental impact evaluation methods for product, process or service and the trends is to integrate economic and social aspects to become a life cycle sustainability assessment (LCSA). However, LCSA is still in its infancy and needs methodological proposals to be applicable. This study presents sustainability assessment in the olive oil agro-industrial context. In doing so, a systemic approach based on the coupling between LCSA, enterprise modeling, chemical process modeling and multicriteria analysis is proposed. The approach is then validated by the development of the software solution “ Ecolive ” for sustainability assessment of olive oil production. This application relies on field data collected under the European OiLCA project.

Cette thèse a pour objectif de développer une méthodologie d’évaluation environnementale de la mobilité quotidienne des personnes en prenant en compte ses dimensions sociales et spatiales mais également technologiques. La circulation des personnes, comme celle des marchandises, s’est énormément développée ces dernières décennies. L’automobile s’est imposée comme le mode de transport dominant, alimentant de nombreuses controverses du fait de son impact sur l’environnement ainsi que sur l’aménagement du territoire, les modes de vie, l’économie. L’évaluation environnementale de la mobilité quotidienne de personnes nécessite donc une approche intégrée représentant le système de transport, mais aussi le système urbain dans lequel elle s’insère. Pour ce faire, cette thèse propose une méthodologie reposant sur deux outils développés dans deux champs disciplinaires distincts, l’aménagement du territoire et les sciences de l’environnement, avec la modélisation des interactions transport-urbanisme et l’Analyse du Cycle de Vie. Couplés, ces outils permettent de représenter l’ensemble des processus technologiques impliqués pour la mobilité quotidienne ainsi que les différentes interactions entre les acteurs et les territoires. Tout au long de cette thèse, le cadre d’évaluation adopté est stratégique, s’intéressant aux mobilités réalisées au sein d’un territoire étendu à travers des indicateurs environnementaux globaux et locaux ainsi qu’aux différentes alternatives envisageables à moyen et long termes. La deuxième partie de la thèse met en œuvre la méthode SIMBAD-ACV, reposant sur le couplage entre un modèle LUTI existant, SIMBAD, et une ACV pour évaluer les impacts environnementaux de la mobilité quotidienne des habitants de l’aire urbaine de Lyon. Cette application a pour but d’illustrer la capacité d’analyse de la méthodologie à travers, d’une part, une approche multicritère et désagrégée au niveau des ménages et des territoires et, d’autre part, en estimant les impacts de scénarios contrastés représentant des alternatives variées. Finalement, grâce à la méthode SIMBAD-ACV, les effets sur les impacts environnementaux associés à la mobilité des paramètres technologiques, de la forme urbaine et des caractéristiques socio-économiques ont pu être comparés et discutés. / By considering social, spatial and technological dimensions of people’s daily mobility, this thesis aims to develop an original environmental assessment method. In the recent years, passenger travel, as well as freight transportation, have grown significantly. Car is now the predominant mode of passenger transport and its impacts on environment, land-use planning, lifestyle and economy are well documented and at the centre of heated academic and political debates. The environmental assessment of peoples’ daily mobility requires an integrated approach to account for the transport system, but also the urban system in which it operates. In order to achieve this, this thesis introduces a method coupling two tools developed in two distinct scientific fields - land-use planning and environmental sciences: on the one hand, Land-Use and Transport Interaction models (LUTI) and, on the other hand, Life Cycle Assessment (LCA) methods. Together, these tools can account for both technological processes involved in daily mobility, as well as interactions among stakeholders and territories. Throughout this thesis, the chosen evaluation framework is a strategic one, meaning that mobility is assessed through global and local environmental indicators on a large territory for medium and long-term alternatives. We describe the global context and the general approach in the first section of the thesis. The second part describes the SIMBAD-LCA method, which involves the integration of the LUTI model SIMBAD with a LCA method, in order to assess environmental impacts of the daily mobility of inhabitants in the Lyon urban area. The third part aims to illustrate the evaluation capability of the method in two steps. First, through a multicriteria assessment executed on disaggregated objects such as households and territories. Then, contrasted scenarios are built to assess broad and diversified alternatives. Finally, using the SIMBAD-LCA method, effects of technological, urban form and socio-economic parameters on environmental impacts associated with daily mobility are compared and discussed.

L’analyse de cycle de vie environnementale (ACV), d’après l’ISO 14040/44, a été identifiée par l’agence spatiale Européenne, ArianeGroup et plusieurs acteurs de l’industrie spatiale européenne comme la méthodologie la mieux adaptée pour réaliser l’évaluation environnementale des missions spatiales. Cependant, le secteur spatial est un domaine d’activité dont la particularité est de s’étendre au-delà des limites de l’environnement terrestre. Ainsi, s’il est possible d’évaluer les impacts sur l’environnement classique via la méthodologie ACV, les impacts générés sur l’environnement orbital ne sont aujourd’hui pas considérés dans son cadre de référence.Par conséquent, il s’agit ici d’étendre le champ des études ACV dans le domaine du spatial afin de caractériser les étapes du cycle de vie ayant lieu en orbite, c’est-à-dire la phase d’usage pendant la mission spatiale et la phase de fin de vie (ou Post-Mission Disposal). L’anticipation de cette dernière est devenue une étape cruciale dans la conception des missions spatiales du fait des règlementations visant à limiter la prolifération des débris spatiaux. En effet, seulement 6% de la population en orbite autour de la Terre sont des satellites actifs, le reste étant considéré comme des débris, résultat des missions et activités spatiales passées. Etant donné cet enjeu de durabilité majeur pour l'industrie spatiale, les études environnementales se doivent de mettre en évidence les transferts de pollution potentiels non seulement entre les impacts environnementaux classiques tels que Changement Climatique ou la Toxicité mais aussi ceux relatifs à l’environnement orbital, au premier rang desquels figurent les débris spatiaux.Afin de caractériser cet impact sur l’environnement orbital, nous proposons de définir une nouvelle catégorie d’impact en ACV dénommée ‘Orbital Space Use’. La conformité avec le cadre de référence de l’ACV est assurée au travers de la construction de chaines de cause-à-effet (ou impact pathways) reliant les flux élémentaires du système d’étude aux mécanismes environnementaux (indicateur midpoint) et au dommage final (indicateur endpoint) au sein de l’Aire de Protection ‘Ressources Naturelles’. En effet, les orbites proches de la Terre qui supportent les activités spatiales sont considérées à ce titre comme une ressource pouvant être impactée par des ‘stresseurs’. Les débris spatiaux sont aujourd’hui identifiés comme les principaux ‘stresseurs’ vis-à-vis de l’accès et de la pleine utilisation de la ressource orbitale. Ainsi, le développement d’un modèle de caractérisation a été entrepris. Il permet d’évaluer l’impact potentiel d’une mission spatiale sur la population des débris déjà présente en orbite. Les facteurs de caractérisation obtenus sont appliqués à un cas d’étude comparant trois scénarios de fin de vie différents dans le but de prouver l’applicabilité du modèle. En outre, une première approche s’intéressant à la quantification des externalités économiques négatives engendrées par la prolifération des débris est développée. Elle constitue une étape préliminaire en vue d’un développement d’une catégorie de dommage dite ‘endpoint’. Enfin, les challenges méthodologiques restants et les potentiels développements complémentaires sont abordés. / Several actors of or related to the European space industry, such as ArianeGroup and the European Space Agency (ESA), have identified life cycle assessment (according to ISO14040/44) as the most appropriate methodology to measure and minimise their environmental impact. Nevertheless, space systems deal with a strong particularity which adds new aspects considering the scope of the LCA framework. Space missions are the only human activity that crosses all segments of the atmosphere and stays “out” of the natural environment and ecosystems. Regarding space systems with a holistic approach, environmental impacts could occur not only in the conventional ecosphere but also in the outer space (i.e. the orbital environment).Consequently, the current scope of LCA studies should be broadened to take into account the on-orbit lifetime as well as the end-of-life disposal of the spacecraft. Yet, it is becoming a crucial point of the space mission design due to the future increase of the orbital population composed in a major part by space debris. In this way, LCA studies of space missions could indicate trade-offs not only between typical impact categories (toxicity and climate change for example) but also with regard to impacts generated in the orbital environment with a particular focus on space debris related impacts.Hence, the priority has been given to the integration of a new impact category called orbital space use in the life cycle impact assessment framework. To address the environmental burdens comprehensively in this new category, impact pathways linking elementary flows to environmental mechanisms (midpoint) and damages (endpoint) are developed within the Area-of-Protection ‘Natural resources’. Space debris is identified as the main stressor of the orbital environment. Thus, ‘characterisation factors’ are defined and calculated at midpoint level to assess the potential impact of a space mission on the orbital environment. The methodology is applied to a case study to prove its applicability: the potential impact of a theoretical space mission is addressed through the comparison of three disposal scenarios. Also, a first attempt regarding the characterisation of the endpoint damage is provided taking into account the economic externalities caused by space debris. Finally, remaining methodological challenges and perspectives for future work are provided.

Ces travaux de thèse s’intéressent à une stratégie de fin de vie naissante : le repurposing. Nous le définissons comme un processus industriel par lequel des produits en fin d’usage sont réutilisés dans des applications distinctes. À la fin de leur premier usage, les produits sont réintégrés dans la chaine industrielle en vue d’une nouvelle utilisation dans une autre application. On parle également d’utilisations en cascade. Le but avoué est la conservation de la valeur-ajoutée des produits, aussi longtemps que possible. Cette stratégie s’inscrit aux côtés d’autres stratégies de réutilisation plus connues telles que le réemploi et le remanufacturing.L’illustration principale de la littérature, qui constitue également notre terrain d’étude, concerne les batteries au lithium. Utilisées initialement dans les véhicules électriques, elles sont aujourd’hui recyclées lorsque leurs capacités de stockage diminuent de 20 à 30%. Prolonger leur durée de vie par une seconde application, e.g. un usage stationnaire, permettrait de différer les étapes de recyclage tout en maximisant le maintien de la valeur ajoutée lors de la fabrication. Malgré ces avantages, les exemples de transformations de produits pour des applications en cascade restent à l’état de démonstrateurs, en particulier parce qu’aujourd’hui ces produits et leur chaine de valeur ne sont pas conçus avec des stratégies supportant leur réutilisation.L’objectif de ces travaux est d’apporter aux équipes de conception une vision claire de ce qu’est la stratégie de réutilisation en cascade, de comment l’intégrer lors des étapes amont du processus de conception et de guider l’évaluation environnementale correspondante, afin de les accompagner pour une réelle industrialisation des produits repurposés. En ce sens, nous émettons trois propositions.La première consiste en une classification des caractéristiques propres aux solutions en cascade selon trois axes : le produit, le processus de (re)fabrication et le modèle d’affaire envisagé. À travers ce cadre, nous décrivons les dimensions et les caractéristiques des offres de produits repurposés. Elles sont alors utilisables pour l’établissement de compromis dès les phases amont de conception. Celles-ci sont issues d’une étude bibliographique couplée à des études de terrain.Notre deuxième proposition concerne le processus de conception de tels produits. En effet, plusieurs spécificités sont à prendre en compte en comparaison d’une activité de conception classique : récupération du produit en fin d’usage, applications ultérieures pas ou peu définies, besoins flous, usage influençant les performances, etc. Une étape de conception pour les produits repurposés devra donc être intégrée en amont du processus de repurposing afin d’optimiser les solutions ultérieures. En complément, plusieurs recommandations pour la conception d’un produit repurposé sont formulées. Intégrées au plus tôt, elles visent à faciliter la réutilisation des produits en tenant compte des parties-prenantes, des phases du cycle de vie, des aspects temporels et en gérant mieux l’information.Enfin, un cadre générique structurant la réalisation d’analyses du cycle de vie de ces solutions est proposé. Les ACVistes pourront ainsi plus facilement tenir compte des spécificités de ces stratégies, car la complexité des modélisations ACV pour les produits aux applications en cascade nécessite davantage de rigueur et de précision que pour des produits à application unique. Pour supporter ce cadre, trois recommandations à destination des équipes de conception sont émises. Elles permettent la formalisation d'éléments de contexte pour améliorer la comparaison avec d’autres études et d’informations en vue des analyses de sensibilité.Ces trois propositions sont implémentées sur deux cas d’étude ‘batterie’, au cours de séances de travail regroupant des parties-prenantes de l’ensemble du cycle de vie : commanditaire, équipes de conception, logisticiens, recycleur, etc. / This PhD dissertation focuses on an innovative end-of-life strategy: repurposing. We define ‘repurposing’ as a manufacturing process through which products nearing their end-of-life are reused in different applications. At the end of their intended use, products are reintegrated into the manufacturing chain and adapted for their next application. We also refer to this strategy as cascading application reuse (CAR). The main purpose of CAR is the preservation of the added-value of such products. This strategy is in line with other reuse strategies such as direct reuse and remanufacturing.The central illustration in our case study addresses lithium-ion batteries used in electric vehicles, which are recycled when the battery’s charging capacity falls below 80%. Extending the component lifespan with a second application, e.g. stationary application, postpones introduction into the waste stream, retaining the added-value from the original manufacturing process. Despite these advantages, examples of product adaptation for CAR remain at a proof-of-concept scale - currently these products and their value chains are not yet designed with strategies supporting reuse.The objective of this research is to provide a clear vision to design teams about repurposing strategies, how to integrate the strategies during the upstream stages of the design process and how to facilitate the corresponding lifecycle assessment. The objective is to support designers during the manufacturing of repurposed products. We make three proposals.The first consists of classifying the characteristics specific to the repurposing strategy according to three axes: the product, the (re)manufacturing process and the business model. Through this framework, we describe the dimensions and characteristics of what the repurposed product offers, which are integral during the design activity. These attributes are the result of a study of the relevant literature coupled with several field investigations.Our second proposal concerns the design process for such products. Indeed, several differences with classical design practices appear: the need for product recovery at the end of use, subsequent applications and needs not fully defined, which affect performance, etc. A design stage for repurposed products must therefore be integrated before subsequent applications in order to optimise redesign solutions. Integrated as early as possible, they aim to facilitate product reuse by taking into account stakeholders, life cycle phases, time aspects and better information management.Finally, a generic framework structuring the carrying out of life cycle analyses of repurposing is proposed. This will simplify the inclusion of their specificities for life cycle assessments (LCA) practitioners. Indeed, the complexity of LCA modelling for cascading applications products requires more rigour and precision than single application products. To support this framework, three recommendations for design teams are made, the objective of which is to better formalise the information from the design process. These recommendations support the formalisation of contextual elements to improve comparison with other studies and the organisation of information for sensitivity analyses.These three proposals are implemented on two battery case studies, during working sessions involving stakeholders representing the complete life cycle: sponsor, design teams, logisticians, recycler, etc.

La planète se trouve dans un état de dégradation des écosystèmes, d’épuisement des ressources, de tension démographique et d’urgence climatique particulièrement préoccupant. Le découplage de la consommation de matières premières avec l’activité économique est indispensable. En réduisant la pression sur la raréfaction des matières premières, l’économie circulaire peut participer à la lutte contre le dérèglement climatique. Bien que le recyclage ne puisse solutionner seul l’épuisement des ressources, il est indispensable de mettre en œuvre des solutions pour régénérer les matières présentes dans nos déchets. Or l’organisation actuelle de la filière de fin de vie ne semble pas répondre aux besoins de l’économie-monde.Le premier challenge pour déployer des solutions de recyclage en économie circulaire repose sur l’évaluation de la performance des scénarios de recyclage. La méthodologie proposée repose sur plusieurs outils d’analyse : analyse de flux de matières (MFA), Analyse de Cycle de Vie (ACV) et Analyse de coûts (LCC) dans un cadre technique de référence basé sur l’évaluation des écotechnologies (ETV). Ce travail s’applique en partenariat avec la société MTB. Trois axes de performances ont été retenus : technique, économique et environnemental.Cette évaluation multicritères, intégrés dans la démarche de conception de MTB, permet une communication sous la forme d’indicateurs clés de performances (KPI). Ces indicateurs supplémentaires permettent de quantifier rapidement l’éco-efficience d’un scénario, pour accompagner la prise de décisions des concepteurs lors de la construction de l'offre et du développement des solutions scénarios de recyclage. / The planet is in a particularly worrying state of degradation of ecosystems, depletion of resources, demographic tension and a climate emergency. The decoupling of the consumption of raw materials with economic activity is a relevant action lever. By reducing the pressure on the scarcity of raw materials, the circular economy can participate in the fight against climate change. Although recycling alone cannot solve resource depletion, it is essential to implement solutions to regenerate the materials present in our waste. However, the current organization of the end-of-life sector does not seem to meet the needs of the world economy.The first challenge in deploying recycling solutions in the circular economy is based on evaluating the performance of recycling scenarios. The proposed methodology is based on several analytical tools: Material Flow Analysis (MFA), Life Cycle Assessment (LCA) and Life Cost Costing (LCC) in a technical reference framework based on the evaluation of environmental technologies (ETV). This work applies in partnership with the company MTB. Three performance axes were chosen: technical, economic and environmental.This multi-criterion assessment, integrated into the MTB design process, allows communication in the form of key performance indicators (KPI). By providing additional performance indicators it is possible to quickly quantify the eco-efficiency, to support decision-making by designers during the development of the recycling pathway.

L'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension de la toxicité de diverses nanoparticules de synthèse (ENPs) pour l'homme et l'écosystème. Les travaux réalisés s’appuient sur la combinaison de données toxicologiques et d’un modèle environnemental - le modèle USEtox. En tant qu'élément important de l'évaluation de l'impact du cycle de vie, le facteur de caractérisation (CF) a été utilisé, dans ce travail, comme indicateur de toxicité pour l'homme et l'écosystème. Pour avoir accès aux courbes dose-réponse et à différentes données toxicologiques, des expériences in vitro ont été réalisées en exposant des neutrophiles porcins fraîchement isolés à trois types de nanoparticules de synthèse. Les modifications morphologiques, les taux de mortalité et la chimioluminescence des neutrophiles ont été évaluées. De plus, pour estimer le temps de persistance des nanoparticules de synthèse dans l'écosystème eau douce, un modèle basé sur la science des colloïdes a été développé. Il prend en compte les comportements spécifiques des nanoparticules de synthèse et inclut des recommandations sur le choix des paramètres hydrologiques régionaux. Enfin, une enquête documentaire exhaustive a été réalisée pour recueillir les données écotoxicologiques de diverses nanoparticules de synthèse. Dans le cadre du modèle USEtox, le CF toxicologique non cancérogène pour cuivre NPs et les CF écotoxicologiques pour 14 ENPs sont recommandés. Ces valeurs des CF pourraient être utiles à l'avenir pour évaluer les impacts environnementaux des produits contenant des ENPs. / The objective of this thesis is to improve understandings of toxicity of various engineered nanoparticles (ENPs) to human and ecosystem. It is realized via coordinating toxicological data and a scientific consensus environmental model -- the USEtox model. As an important element in life cycle impact assessment, the characterization factor (CF) is employed as a toxicity indicator for human and ecosystem in this work. To obtain the firsthand dose-response phenomena and human toxicological data, in vitro experiments have been conducted by exposing freshly isolated porcine neutrophils to three kinds of ENPs (i.e. copper, nickel and aluminum oxide nanoparticles). The morphologies, mortality rates, and chemiluminescence, of neutrophils are observed or monitored. Additionally, to estimate the persistence time of ENPs in freshwater ecosystem, a fate model on the basis of colloid science is developed. It takes nano-specific behaviors of ENPs into account and includes recommendations of regionalized hydrological parameters. Finally, a comprehensive literature survey is accomplished to collect the ecotoxicological data of various ENPs. Under the framework of USEtox model, the non-carcinogenic human toxicological CFs for Copper NPs and the ecotoxicological CFs for 14 ENPs are recommended. These CF values could be useful in the future when evaluating the environmental impacts of products containing ENPs.

La croissance démographique, l'amélioration de la qualité de vie, et l'intensification des activités énergivores influent fortement sur la demande en énergie au travers de la consommation d'électricité sur un territoire. Le recours aux énergies fossiles constitue la solution la plus adoptée dans les milieux insulaires pour satisfaire cette demande. L'envers de cette méthode réside dans la quantité d'émissions de gaz à effet de serre générée au cours de la production d'énergie et la vulnérabilité de ces territoires. Les politiques actuelles ambitionnent l'atteinte de l'autonomie énergétique dans les milieux insulaires à moyen terme, et favorisent l'utilisation des énergies renouvelables pour restreindre les émissions de gaz à effet de serre. Ces travaux ont pour objet de quantifier les impacts environnementaux liés à la production d'électricité de La Réunion afin d'établir un diagnostic territorial. À partir de l'Analyse de cycle de vie et suivant les normes ISO 14044, les centrales de production d'électricité du territoire sont évaluées sous différents impacts environnementaux. La démarche adoptée a été de mettre en place un outil d'évaluation adapté à tout territoire, permettant d'identifier les étapes et les processus fortement contributeurs pour la production de 1 kWh électrique. Les résultats de ce diagnostic servent de points de repère pour élaborer les scénarios de production, établis dans une démarche de modélisation prospective. Huit scénarios proposés ont été développés pour répondre aux contraintes environnementales, techniques, sociales et économiques. / Population growth, the raising of the standard of living and quality of life, and energy-intensive activities are key parameters affecting the territory energy demand, through electricity consumption. To meet this demand, reliance on fossil fuels is the main adopted solution, particularly in insular context. The downside of this method is the large amount of greenhouse gas emissions (GHG) emitted, and vulnerability of the territories. Current policies are now in favor of the energy self-sufficiency as a medium-term objective, and put in place measures to support the use of sustainable energy sources to mitigate GHG emissions. This work aims to assess environmental impact of electricity production in Reunion island, to establish a territorial diagnosis. Based on a life cycle assessment approach, according to ISO 14044 standards, varying environmental impacts have been evaluated from existing power plants. An evaluating tool has been developed to identify the most emissive life cycle stage from 1 kWh electricity produced. The obtained results serve as a reference point to develop prospective scenarios. Eight scenarios have been presented and aim to satisfy environmental, technical, social and economic constraints.

La présente thèse entend examiner les interactions présentes et futures entre l'industrie sidérurgique européenne et son environnement, avec pour objectifs principaux, l’amélioration de la prise de décision et l'élaboration de politiques industrielles en matière de durabilité et de circularité. La thèse contribue à l’émergence de propositions contribuant à façonner l'avenir de l'acier dans l’Union Européenne. L'industrie sidérurgique européenne est utilisée ici comme un cas d’école, visant à explorer les avantages potentiels pour l’économie circulaire et l’écologie industrielle, d’une intégration d’un outil (Analyse du Cycle de Vie – ACV) dans une méthodologie (Dynamique des Systèmes – SD). Un modèle modulaire pour l’industrie sidérurgique européenne a été construit et, pour 4 des 5 articles développés dans la thèse, 21 simulations ont été effectuées. 12 simulations ont permis d’identifier les contraintes potentielles et les avantages des stratégies de fin de vie; 5 d’évaluer les avantages et les inconvénients des différentes stratégies d’intégration de la chaîne d’approvisionnement (SCI) dans la filière européenne de l’acier; et 4 de traiter des interactions entre les dynamiques biophysiques et économiques sur le marché de l'acier. Le dernier article s’appuie sur une nouvelle méthodologie – les Cercles de Durabilité et le Métabolisme Urbain Durable – pour évaluer les défis et les contributions de l'acier dans le cadre de l’éco-fonctionnalité en milieu urbain. Les résultats ont montré que l’intégration de l’ACV dans les stratégies de développement durable permettait de reproduire assez fidèlement les résultats et les scénarios d’études scientifiques antérieures, tout en suggérant des apports méthodologiques relativement novateurs. Cette recherche opérationnelle est susceptible d'intéresser les managers et des chefs d’entreprises qui s’attachent aux questions d’efficience et de résilience de l’outil industriel, ainsi que les décideurs politiques qui souhaitent cerner les enjeux d’une pénurie de matières premières ou d’une politique de recyclage de l’acier à l’échelle européenne. D'après les résultats de chaque article, il a été observé que (a) le recyclage et la réutilisation pourraient générer des résultats intéressants à moyen et à long terme en matière de circularité, en abandonnant notamment les combustibles fossiles et en développant un tout nouveau marché autour des services de fin de vie; (b) différentes approches en matière de chaine logistique intégrée semblent être prometteuses d'un point de vue environnemental et stratégique; (c) six variables biophysiques clés peuvent avoir une incidence notoire sur les cours au comptant, les cours à terme, les marges d'EBITDA, l'utilisation des capacités de production, la distribution des dividendes et les coûts de fabrication de l'acier; et (d) la dynamique servicielle dans le cadre de l’éco-fonctionnalité peut apporter des avantages significatifs aux villes durables, tout en modifiant considérablement la structure de l’offre sur le marché de l’acier. / The present thesis delved into the current and future interactions within the European Steel Industry and of it with the environment it is a part of, with the main objective of supporting decision- and policy-making efforts oriented towards sustainability and circularity, helping to shape the future of steel in the European Community. The thesis used the European Steel Industry as a case study to explore the potential benefits of integrating Life Cycle Assessment (LCA) into System Dynamics (SD) under the scopes of Circular Economy and Industrial Ecology. A model representative of the European Steel Industry was built modularly in Stella Architect, following ILCD and ISO guidelines and standards for LCA. Throughout 4 of the 5 articles developed for the present thesis, 21 simulation runs were performed on the aforementioned model: 12 on identifying potential constraints and benefits of End-of-Life policies; 5 assessing the advantages and disadvantages of different Supply Chain Integration (SCI) strategies along European steel supply chains; and 4 addressing the interactions between biophysical and economic dynamics in the steel market. An additional article was developed using the methodologies of Circles of Sustainability and Sustainable Urban Metabolism to appraise the challenges and contributions of steel as part of servitization initiatives in urban environments. Overall results indicated that integrating LCA into SD was not only feasible and capable of reproducing results, trends and behaviors from previous scientific studies, but also of contributing to both methodologies in different levels. This approach has potential to interest policy-makers who seek more granularity within the European Steel Industry as well as decision-makers searching for a broader understanding of their operation’s dynamics beyond the gates, notably regarding raw material scarcity, resource self-sufficiency, and resource ownership retention. From the results of each article it was observed that, (a) pushing for recycling and reuse could generate interesting medium- to long-term results for circularity, transitioning away from fossil fuels and developing a whole new market around end-of-life services; (b) different SCI approaches can be environmentally and strategically promising; (c) six key biophysical variables can distinctively affect spot prices, future prices, EBITDA margins, capacity utilization, dividend payouts, and costs of steelmaking; and (d) servitization can provide significant benefits to sustainable cities, while also being able to substantially alter the supply-side dynamics of steelmaking, highlighting how important it is for steelmakers to pay close attention to the service-providing initiatives that may concern their clients and products.