Maintenir la qualité des ressources en eau est l'un des défis majeurs auxquels la société d’aujourd’hui doit faire face. Il est donc primordial que ce critère soit intégré correctement dans les méthodes d’analyse d’impacts environnementaux, tel que l’Analyse du Cycle de Vie (ACV). Cependant, l’estimation de la qualité de l’eau et la manière dont cette information est utilisée dans les modèles d’évaluation d’impacts soulève un certain nombre de challenges méthodologiques, d’où la problématique de recherche : « Comment considérer la qualité de l’eau dans l’évaluation des impacts de l’utilisation de l’eau en ACV, de l’inventaire aux Aires de Protection ? ». Ce travail de thèse propose dans un premier temps une étude approfondie du rôle et de la nécessité de l’information « qualité de l’eau » dans l’évaluation des impacts de plusieurs type d’utilisation d’eau (usage consommatif, dégradatif et amélioration de la qualité). Cette étude s’applique aux différentes chaines de causalité de manière mécanistique, jusqu’aux trois Aires de Protection (AoP) santé humaine, qualité des écosystèmes et ressources naturelles. Afin d’améliorer la compréhension et la considération des impacts de l’utilisation de l’eau sur l’AoP ressources naturelles, un cadre théorique consensuel élaboré en collaboration avec WULCA (le groupe Water Use in LCA, de l’UNEP-SETAC Life Cycle Initiative) est défini. Ce cadre fournit une base solide pour l’élaboration cohérente de méthodes d’analyse d’impacts, permettant d’évaluer la diminution irréversible de la disponibilité physique de l'eau douce et/ou de son degré d'utilisabilité pour les générations futures. La thèse se conclut par le développement d’un modèle de caractérisation d’impacts de la dégradation des ressources en eau causée par des émissions. Des facteurs de caractérisation sont calculés pour cinq métaux, au niveau midpoint. L’application de ces indicateurs permet d’améliorer l’interprétabilité des résultats concernant les défis futurs liés aux ressources en eau ainsi que les résultats des impacts sur la santé humaine liés aux problèmes de qualité d’eau / Maintaining the quality of water resources is one of the major challenges society faces today. It is therefore essential that this criterion be properly integrated into environmental impact assessment methods, such as Life Cycle Assessment (LCA). However, the estimation of water quality and how this information is used in impact assessment models raises a number of methodological challenges; hence, the general research question is “How to consider water quality in water use impact assessment in LCA, from inventory to Areas of Protection?” This thesis first provides a detailed study about the role and necessity of "water quality" information in assessing impacts of different types of water use (consumptive and degradative use, as well as quality improvement). This study applies to the different cause-effect chains in a mechanistic way, in view of the three Areas of Protection (AoP) human health, ecosystem quality and natural resources. In order to improve the understanding and consideration of the water use impacts on the AoP natural resources, a consensual framework, developed jointly with WULCA (Water Use in LCA group of the UNEP-SETAC Life Cycle Initiative), is presented. This framework provides a solid basis for the consistent development of impact characterization models to assess the irreversible reduction in physical availability of freshwater and its quality-based usability for future generations. The thesis ends with the development of a characterization model for water resource degradation impacts caused by emissions. Characterization factors are calculated for five metals at the midpoint level. The application of these indicators improves the interpretability of LCA results regarding future water resource challenges and water-quality related impacts on human health.

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