La lutte contre le changement climatique implique de modifier les modes de production et de consommation actuels pour réduire de façon drastique les émissions de gaz à effet de serre dont la grande majorité est liée à la combustion d’énergies fossiles. Face à ces enjeux, de nombreux pays se sont engagés dans une transition énergétique pour faire évoluer leur système énergétique, notamment électrique de façon à répondre en partie aux exigences d’une économie bas carbone. Pour guider les acteurs dans leurs choix stratégiques, des outils d’aide à la décision s’avèrent efficaces pour identifier les leviers potentiels de réduction des impacts environnementaux, notamment par la méthode d’Analyse du Cycle de Vie (ACV) qui évalue les impacts d’un produit sur tout son cycle de vie. L’un de ses développements, l’ACV conséquentielle, vise à analyser les impacts d’un changement, et prend donc en compte ses effets directs et indirects sur l’environnement. Cette méthode reste encore peu utilisée par les praticiens en raison du manque d’inventaires génériques pour ACV conséquentielle. Ce constat est d’autant plus marquant pour l’électricité, largement utilisée dans la technosphère, dont la production évolue significativement pour s’engager dans la transition énergétique. Les travaux présentés ici visent à proposer une méthode d’élaboration d’inventaires électricité génériques pour ACV conséquentielle, qui intègrent les spécificités techniques du produit électricité, à travers le bouquet énergétique ou mix qui combine les différents moyens de production, variables selon le pays considéré. Afin de parvenir à simplifier les mix de production d’électricité, une typologie est établie à partir de l’étude des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES), des mix et de leur décomposition en moyens de production. Elle identifie 4 groupes de pays, classés par émissions GES croissantes, i.e., 0-37 gCO2eq/kWh, 37-300 gCO2eq/kWh, 300-600 gCO2eq/kWh et >600gCO2eq/kWh, et qui possèdent des caractéristiques de composition spécifiques. Afin de se positionner dans une perspective conséquentielle, l’évolution de douze mix électriques de 1960 à 2010 est analysée. L’analyse historique des phénomènes de transition, c’est-à-dire le passage d’un groupe à un autre de la typologie, est ensuite proposée. Un modèle basé sur une optimisation mono-objectif impliquant, dans un premier temps, un critère de minimisation des émissions GES, et puis dans un second temps, un critère de maximisation de la production d’origine renouvelable est développé. Les résultats sont discutés sur la base des données historiques. La méthode développée reste cependant suffisamment générique pour s’appliquer à des évolutions futures de mix. Enfin, une méthode d’élaboration des inventaires génériques est proposée. Prenant en compte les différentes situations auxquelles le praticien pourrait être confronté lors de la réalisation d’une ACV conséquentielle d’un produit, elle rend possible l’élaboration des inventaires électricité génériques pour ACV conséquentielle. L’établissement de données génériques quantifiées nécessiterait l’intégration d’un critère qualitatif d’inertie au changement et la validation de plusieurs cas d’étude à travers une étude statistique pour consolider les résultats

L'analyse des impacts environnementaux de la production de biens et de services est aujourd'hui devenue un enjeu majeur. L'analyse en cycle de vie est la méthode consacrée pour modéliser les impacts environnementaux des activités humaines. L'inventaire en cycle de vie, qui est l'une des étapes de cette méthode, consiste à décomposer les activités économiques en processus interdépendants. Chaque processus a des impacts environnementaux et la composition de ces processus nous donne l'impact cumulé des activités étudiées. Plusieurs entreprises et agences gouvernementales fournissent des bases de données d'inventaires en cycle de vie pour que les experts puissent réutiliser des processus déjà étudiés lors de l'analyse d'un nouveau système. L'audit et la compréhension de ces inventaires nécessite de s'intéresser à un très grand nombre de processus et à leurs relations d'interdépendance. Ces bases de données peuvent comporter plusieurs milliers de processus et des dizaines de milliers de relations de dépendance. Pour les experts qui utilisent les bases de données d'inventaire en cycle de vie, deux problèmes importants sont clairement identifiés : - organiser les processus pour avoir une meilleure compréhensibilité du modèle ; - calculer les impacts d'une modélisation (composition de processus) et, le cas échéant, détecter les raisons de la non convergence du calcul. Dans cette thèse, nous : - mettons en évidence de l'existence de similarités sémantiques entre les processus et leurs relations d'interdépendance et proposons une nouvelle approche pour modéliser les relations d'interdépendance entre les processus d'une base de données d'inventaire. Elle se base sur un étiquetage sémantique des processus à l'aide d'une ontologie et une modélisation multi-niveaux des relations d'interdépendance entre les processus. Nous étudions aussi deux approches déclaratives d'interaction avec ce modèle multi-niveau. - étudions les différentes méthodes de calcul des impacts basées sur des notions classiques d'algèbre linéaire et de théorie des graphes. Nous étudions aussi les conditions de non convergence de ces méthodes en présence de cycle dans le modèle des relations de dépendances. Un prototype implémentant cette approche a montré des résultats probants sur les cas étudiés. Nous avons réalisé une étude de cas de ce prototype sur les processus de production d'électricité aux États-Unis extraits de la base de données d'inventaire en cycle de vie de l'agence environnementale américaine. Ce prototype est à la base d'une application opérationnelle utilisée par l'entreprise.

L'analyse du cycle de vie (ACV) est une méthode très utilisée pour l'évaluation environnementale d'un système anthropique. Les spécialistes ont souligné l'absence de dimension temporelle comme une limitation. Les procédés de la technosphère sont dynamiques, ce qui conduirait à un inventaire de cycle de vie (ICV) dépendant du temps. Les mécanismes environnementaux impliqués dans la génération des impacts ont des caractéristiques dynamiques variées déterminant une manifestation temporelle spécifiques des impacts. Cependant, l’impact du cycle de vie (EICV) actuelles considère des modèles en conditions stationnaires et des horizons de temps arbitrairement fixés. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement d'une méthodologie opérationnelle et des outils adaptés pour la prise en compte du temps dans l'ACV, en accordant une importance au développement d'une approche de modélisation intégrée pour l’ICV et l’EICV. La première contribution de cette thèse concerne le développement d'une base de données temporelle, en s'appuyant sur la base de données ecoinvent, dans laquelle les paramètres temporels ont été attribués aux sets de données. Des indicateurs dynamiques pour le changement climatique et la toxicité ont été développés en adaptant les modèles disponibles et ils ont été mis en place dans un outil de calcul propre. L'approche de modélisation tient compte de la nature fluctuante des émissions des substances en fonction du temps calculées par le modèle d’ICV temporel DyPLCA. / Life Cycle Assessment (LCA) is a widely used method for the environmental evaluation of an anthropogenic system. However, LCA scholars pointed out the lack of a temporal dimension as a limitation. The processes of technosphere are dynamic which leads to a time dependent life cycle inventory (LCI). Environmental mechanisms involved in impact developments have distinct dynamic behaviors determining specific temporal occurrence. However, the current life cycle impact assessment (LCIA) methods consider arbitrarily fixed time horizons and/or steady state conditions. The objective of this thesis is to contribute to the development of an operational methodology and adapted tools for the consideration of time dependency in LCA, with emphasis on the development of an integrated modelling solution for both the life cycle inventory and the life cycle impact assessment phases. The first contribution of this thesis concerns the development of a temporal data base, leaning against ecoinvent data base, in which temporal parameters have been attributed to the data sets. Dynamic climate change and toxicity impacts were developed by adapting available models and were implemented in a homemade computational tool. The modelling approach takes into account the noisy nature of substance emissions in function of time as calculated by DyPLCA temporal LCI model.

Ce travail est consacré au développement d’un couplage méthodologique entre la méthode d’Analyse de Cycle de Vie (ACV) et un logiciel de génie de procédés (Aspen Plus), en vue d’améliorer la qualité des données de l’Inventaire du Cycle de Vie (LCV) de la filière classique de production d’acier. La nouvelle approche développée est destinée à la réalisation de l’inventaire pour un système défini à partir de modèles physico-chimiques simplifiés. Ainsi, à l’aide du logiciel Aspen Plus, nous avons mis en oeuvre la modélisation de chaque sous-système considéré dans les frontières de la filière classique de production d’acier : cokerie, agglomération, haut fourneau, convertisseur et laminoir à chaud. L’approche de modélisation adoptée a été basée sur des considérations physiques et chimiques et sur des observations expérimentales à l’échelle industrielle et/ou à l’échelle pilote pour chaque sous-système. Les modèles permettent le calcul de la plupart des émissions engendrées par le système : CO2, CO, NO, SO2, COV, HCl, H2S, poussières et métaux lourds ainsi que des déchets. La validation des modèles a été faite par comparaison des résultats calculés avec des mesures expérimentales disponibles pour des sites industriels. De plus, le comportement des modèles a été testé en réalisant des simulations en utilisant une base de données "de référence" définie dans le cadre du projet européen ULCOS (Ultra Low CO2 Steelmaking). Il est montré que cette approche méthodologique assure le contrôle total du bouclage des bilans de matière et d’énergie du système, difficile à réaliser à partir des données provenant exclusivement de mesures industrielles et/ou de la littérature. De plus, le fait que les émissions soient calculées sur des considérations physicochimiques, conduit à donner une forte crédibilité à l’inventaire réalisé / This work was devoted to a new methodological framework, which combines the Life Cycle Assessment (LCA) method and the process simulation software (Aspen Plus), in order to improve the quality of data used for carrying out the Life Cycle Inventory (LCI) of the classical steelmaking route. The new approach adopted in the present work, is to carry out the inventory of the defined system via simplified physical-chemical models. Using Aspen Plus software, we have developed simplified physical-chemical models for each of the subsystem defined by the boundaries of the classical steelmaking route: coking plant, sintering plant, blast furnace, basic oxygen furnace and hot rolling. The modelling strategy was based on physical and chemical considerations and on the experimental observations made on an industrial and/or a pilot scale for each subsystem.The models allow for calculation of the principal pollutants evolved by the system such as CO2, CO, NO, SO2, COV, HCl, H2S, dust, heavy metals and solid waste. The models validation was made by comparing the calculated results with experimental data given by the industrial sites. Furthermore, the maturity of the models was tested through simulations using data coming from the "benchmark" data base defined in the frame of ULCOS project (Ultra Low CO2 Steelmaking).Through the models simulation, it was proved that this methodological framework assures the total control of mass and heat balances of the system which is difficult to achieve when using only data from industry and/or literature. However, the fact that the emissions calculated within the models are based on physical-chemical considerations gives a strong credibility to the life cycle inventory

La lutte contre le changement climatique implique de modifier les modes de production et de consommation actuels pour réduire de façon drastique les émissions de gaz à effet de serre dont la grande majorité est liée à la combustion d’énergies fossiles. Face à ces enjeux, de nombreux pays se sont engagés dans une transition énergétique pour faire évoluer leur système énergétique, notamment électrique de façon à répondre en partie aux exigences d’une économie bas carbone. Pour guider les acteurs dans leurs choix stratégiques, des outils d’aide à la décision s’avèrent efficaces pour identifier les leviers potentiels de réduction des impacts environnementaux, notamment par la méthode d’Analyse du Cycle de Vie (ACV) qui évalue les impacts d’un produit sur tout son cycle de vie. L’un de ses développements, l’ACV conséquentielle, vise à analyser les impacts d’un changement, et prend donc en compte ses effets directs et indirects sur l’environnement. Cette méthode reste encore peu utilisée par les praticiens en raison du manque d’inventaires génériques pour ACV conséquentielle. Ce constat est d’autant plus marquant pour l’électricité, largement utilisée dans la technosphère, dont la production évolue significativement pour s’engager dans la transition énergétique. Les travaux présentés ici visent à proposer une méthode d’élaboration d’inventaires électricité génériques pour ACV conséquentielle, qui intègrent les spécificités techniques du produit électricité, à travers le bouquet énergétique ou mix qui combine les différents moyens de production, variables selon le pays considéré. Afin de parvenir à simplifier les mix de production d’électricité, une typologie est établie à partir de l’étude des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES), des mix et de leur décomposition en moyens de production. Elle identifie 4 groupes de pays, classés par émissions GES croissantes, i.e., 0-37 gCO2eq/kWh, 37-300 gCO2eq/kWh, 300-600 gCO2eq/kWh et >600gCO2eq/kWh, et qui possèdent des caractéristiques de composition spécifiques. Afin de se positionner dans une perspective conséquentielle, l’évolution de douze mix électriques de 1960 à 2010 est analysée. L’analyse historique des phénomènes de transition, c’est-à-dire le passage d’un groupe à un autre de la typologie, est ensuite proposée. Un modèle basé sur une optimisation mono-objectif impliquant, dans un premier temps, un critère de minimisation des émissions GES, et puis dans un second temps, un critère de maximisation de la production d’origine renouvelable est développé. Les résultats sont discutés sur la base des données historiques. La méthode développée reste cependant suffisamment générique pour s’appliquer à des évolutions futures de mix. Enfin, une méthode d’élaboration des inventaires génériques est proposée. Prenant en compte les différentes situations auxquelles le praticien pourrait être confronté lors de la réalisation d’une ACV conséquentielle d’un produit, elle rend possible l’élaboration des inventaires électricité génériques pour ACV conséquentielle. L’établissement de données génériques quantifiées nécessiterait l’intégration d’un critère qualitatif d’inertie au changement et la validation de plusieurs cas d’étude à travers une étude statistique pour consolider les résultats / Climate change mitigation involves changes in production and consumption ways to boost a radical decrease in Greenhouse Gases (GHG) emissions, which come mostly from fossil fuels combustion. To meet these challenges, a lot of countries initiated an energy transition to switch to new energy system, especially concerning electricity production, in such a way that they partly fulfil low carbon economy requirements. To provide decision-makers guidance in their strategic choices, decision-aid tools are useful to identify and reduce environmental impacts burdens. In particular, Life Cycle Assessment (LCA) which assesses environmental impacts throughout a product's life cycle is now a recognized and standard approach. Consequential LCA (cLCA), one of its most recent developments, assesses changes consequences considering either direct or indirect effects on environment. Currently, due to the lack of generic consequential Life Cycle Inventories (LCI), cLCA is scarcely used by practicioners. This situation is emphasized for electricity, due to its large involvement in technosphere and its shifts to production modes in the context of energy transition. This work aims at the development of a design methodology for generic inventories for consequential LCA, taking in account electricity technical specificities. Electricity is defined here as a different production means combination (a “mix”) which varies from country to country. To simplify electricity production mix, a typology is set using a GHG emissions study and electricity mix separation in production means. The typology identifies four groups, ranked by increasing GHG emissions, i.e, 0-37 gCO2eq/kWh, 37-300 gCO2eq/kWh, 300-600 gCO2eq/kWh and >600 gCO2eq/kWh, and specific compositions. Considering a consequential perspective, an evolution analysis of twelve selected countries from 1960 to 2010 is then conducted. Thus, an analysis of past transitions, i.e., shifting from a group to another, is given. Amono-objective optimisation model is developed, involving, first, the minimisation of GHG emissions, and secondly, the maximisation of renewable sources contribution. Significant results are then discussed based on historical data. The model is yet generic enough and can be applied to future mixes. Finally, a generic inventory development method for consequential LCA is proposed. Taking into account the different situations that practitioners may potentially meet when performing a consequential LCA of a product, the method makes generic inventory development for consequential LCA possible. The establishment of generic data would yet require the addition of a qualitative inertia-tochange criteria and the validation of various cases using a statistical analysis to strengthen the obtained results.

L’agriculture urbaine représente une opportunité de réduire la pauvreté et d’améliorer la sécurité alimentaire des habitants des villes d’Afrique de l’Ouest. L’objectif général de cette thèse est de produire des données d’inventaire représentatives ainsi qu’une évaluation environnementale robuste de ces systèmes de production par la méthodologie Analyse du Cycle de Vie (ACV). Notre cas d’étude a été la tomate des jardins urbains au Bénin. Notre état de l’art nous a permis d’identifier que prendre en compte la diversité des systèmes de production et la variabilité des émissions au champ étaient deux enjeux majeurs de l’ACV des produits maraîchers. Nous avons donc développé un protocole de collecte de données basé sur la typologie qui prend en compte la diversité des systèmes puis mis au point une méthode d’estimation des flux d’azote au champ combinant un bilan d’azote et l’usage d’un modèle biophysique. Nous avons ainsi créé des inventaires pour 6 types de systèmes et une moyenne pondérée représentative de la population étudiée. L’analyse des performances agronomiques de ces systèmes a montré une forte variabilité des rendements et une utilisation fluctuante et souvent excessive d’engrais et de pesticides. L’exploration de la variabilité des flux d’azote à l’échelle de la parcelle et du cycle de culture a permis l’identification de 4 facteurs majeurs: les volumes d’eau d’irrigation, la dose d’azote, le pH du sol et la capacité au champ. A l’aide de scénarios favorables et défavorables aux émissions pour chacun de ces 4 facteurs, nous avons montré que leurs effets sur les résultats d’ACV étaient importants. L’intégration de ces données dans une ACV finalisée a montré qu’un hectare de production de tomate au Bénin était plus impactant que les productions maraichères Européennes. Les avantages du climat favorable du sud Bénin à la production de tomate en contre saison sont annulés par les faibles performances des systèmes d’irrigation, l’usage fréquent d’insecticides et d’importantes émissions azotées. Des données mesurées et des connaissances nouvelles sont nécessaires sur ces systèmes pour valider et affiner nos conclusions. / Urban agriculture provides opportunities to reduce poverty and ensure food safety for cities inhabitants in West Africa. The general objective of this thesis is producing representative inventories and a robust environmental assessment for those production systems using the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. Our case study was the tomato production in urban gardens in Benin. Our state of the art identified the integration of the diversity of systems and the variability of field emissions as two major challenges for the LCA of vegetable products. We therefore developed a typology-based protocol to collect cropping systems data that includes their diversity and an approach combining a nitrogen budget and the use of a biophysical model to estimate nitrogen field emissions. We created inventories for 6 cropping system types and one weighted mean representative for the urban tomato growers in Benin. The analysis of the agronomical performances of these systems highlighted the important yield variability and the variable and often excessive use of pesticides and fertilizers. The investigation of nitrogen fluxes variability at plot and crop cycle scales led to the identification of 4 major influencing factors: water use, nitrogen input, soil pH and field capacity. Using favorable and unfavorable scenarios for nitrogen emissions for each of these 4 factors, we demonstrated that the LCA results were sensitive to their variations. The implementation of LCA using those contrasted data showed that one hectare of tomato production in Benin was more impacting than European vegetable productions. The benefits from the favorable climate for producing out-of-season tomatoes were hampered by the low efficiency of irrigations systems, the frequent use of insecticides and large nitrogen emissions. Measured data and new knowledge on these systems are needed to validate and refine our conclusions.

Les services de distribution d’eau utilisent différentes ressources (eaux de surface et eaux souterraines), y compris une utilisation accrue de ressources alternatives (eau dessalée, eau réutilisée, transferts d'eau entre bassins) pour alimenter les différents utilisateurs (domestiques, agricoles, industriels, etc.). La combinaison de ces ressources en eau avec des technologies (incluant infrastructures, fonctionnement et énergie) donne lieu à une combinaison régionale d'approvisionnement en eau (WSmix) pour chaque utilisation spécifique. Actuellement, les bases de données existantes d'inventaire du cycle de vie (ICV) utilisées en Analyse du Cycle de Vie (ACV) ne proposent pas ce type de données relative aux WSmix régionalisées pour modéliser des processus. Ceci conduit à une représentation médiocre des systèmes d'approvisionnement en eau et des impacts environnementaux associés. Pour combler cette lacune, cette thèse développe (i) un cadre conceptuel cohérent de mix d'approvisionnement en eau (WSmix) pour la mise en oeuvre en ACV, (ii) une base de données opérationnelle incluant le mix de ressource en eau pour différents utilisateurs à l'échelle mondiale adossée à une matrice dite « technologique » associant chaque ressource à des technologies de production d'eau. Afin de tester en ACV l'opérationnalisation et l'applicabilité du mix WSmix à l'échelle mondiale et pour différents utilisateurs, le concept de WSmix est appliqué à deux exemples contrastés: un service (fourniture d’un m3 d’eau publique à la porte de l’utilisateur) et un produit global (production d’un kg maïs). Enfin, pour évaluer dans quelle mesure le WSmix sera affecté par les changements climatiques et socio-économiques, cette thèse propose le développement d'un WSmix Prospectif (P-WSmix) pour une mise en oeuvre pratique dans les études d'ACV et d'empreinte sur l'eau. / Water utilities draw different water sources (surface and groundwater), including increased use of alternative sources (e.g. desalinated water, reused water, inter-basin water transfers) to supply freshwater to different users (domestic, agriculture, etc.). The combination of water sources and technologies (including infrastructures and energy) results in a regional water supply mix (WSmix) for each specific use. Existing Life Cycle Inventory (LCI) databases used in Life Cycle Assessment (LCA), do not include these mixes when modelling processes, leading to a poor representation of water supply systems and related environmental impacts. To fill this gap, this thesis developes 1) consistent water supply mix (WSmix) model for implementation in LCA, 2) a first database of water source mixes for different users at a global scale and a technological matrix linking water sources to water production technologies in order to operationalize the practical implementation of the WSmix in LCA studies. In order to test the operationalization and applicability of the WSmix at worldwide scale and for different users, this theseis also describes the operationalization and application of the WSmix for two different water users worldwide with two different approaches: providing a generic service (public water supply) and producing a global product (maize production). Finally, to evaluate to what extent the WSmix will be affected by climate and socio-economic changes in the future, this thesis describes the development of a Prospective WSmix (P-WSmix) for practical implementation in LCA and water footprint studies.

L'analyse des impacts environnementaux de la production de biens et de services est aujourd'hui devenue un enjeu majeur. L'analyse en cycle de vie est la méthode consacrée pour modéliser les impacts environnementaux des activités humaines. L'inventaire en cycle de vie, qui est l'une des étapes de cette méthode, consiste à décomposer les activités économiques en processus interdépendants. Chaque processus a des impacts environnementaux et la composition de ces processus nous donne l'impact cumulé des activités étudiées. Plusieurs entreprises et agences gouvernementales fournissent des bases de données d'inventaires en cycle de vie pour que les experts puissent réutiliser des processus déjà étudiés lors de l'analyse d'un nouveau système. L'audit et la compréhension de ces inventaires nécessite de s'intéresser à un très grand nombre de processus et à leurs relations d'interdépendance. Ces bases de données peuvent comporter plusieurs milliers de processus et des dizaines de milliers de relations de dépendance. Pour les experts qui utilisent les bases de données d'inventaire en cycle de vie, deux problèmes importants sont clairement identifiés : - organiser les processus pour avoir une meilleure compréhensibilité du modèle ; - calculer les impacts d'une modélisation (composition de processus) et, le cas échéant, détecter les raisons de la non convergence du calcul. Dans cette thèse, nous : - mettons en évidence de l'existence de similarités sémantiques entre les processus et leurs relations d'interdépendance et proposons une nouvelle approche pour modéliser les relations d'interdépendance entre les processus d'une base de données d'inventaire. Elle se base sur un étiquetage sémantique des processus à l'aide d'une ontologie et une modélisation multi-niveaux des relations d'interdépendance entre les processus. Nous étudions aussi deux approches déclaratives d'interaction avec ce modèle multi-niveau. - étudions les différentes méthodes de calcul des impacts basées sur des notions classiques d'algèbre linéaire et de théorie des graphes. Nous étudions aussi les conditions de non convergence de ces méthodes en présence de cycle dans le modèle des relations de dépendances. Un prototype implémentant cette approche a montré des résultats probants sur les cas étudiés. Nous avons réalisé une étude de cas de ce prototype sur les processus de production d'électricité aux États-Unis extraits de la base de données d'inventaire en cycle de vie de l'agence environnementale américaine. Ce prototype est à la base d'une application opérationnelle utilisée par l'entreprise. / Environmental impact assessment of goods and services is nowadays a major challenge for both economic and ethical reasons. Life Cycle Assessment provides a well accepted methodology for modeling environmental impacts of human activities. This methodology relies on the decomposition of a studied system into interdependent processes in a step called Life Cycle Inventory. Every process has several environmental impacts and the composition of those processes provides the cumulated environmental impact for the studied human activities. Several organizations provide processes databases containing several thousands of processes with their interdependency links that are used by LCA practitioners to do an LCA study. Understanding and audit of those databases requires to analyze a huge amount of processes and their dependency relations. But those databases can contain thousands of processes linked together. We identified two problems that the experts faces using those databases: - organize the processes and their dependency relations to improve the comprehensibility; - calculate the impacts and, if it is not possible, find why it is not feasible. In this thesis, we: - show that there are some semantic similarities between the processes and their dependency relations and propose a new way to model the dependency relations in an inventory database. In our approach, we semantically index the processes using an ontology and we use a multi-layers model of the dependency relations. We also study a declarative approach of this multi-layers approach; - propose a method to calculate the environmental impacts of the processes based on linear algebra and graph theory, and we study the conditions of the feasibility of this calculation when we have a cyclic model. We developed a prototype based on this approach that showed some convincing results on different use cases. We tested our prototype on a case study based on a data set extracted from the National Renewable Energy restricted to the electricity production in the United-States.

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.

Afin d’accompagner les acteurs des filières viticoles, notamment d’AOC, dans la nécessaire amélioration de l’éco-efficience de leurs produits, nous avons voulu identifier dans quelles conditions l’Analyse du Cycle de Vie est une méthode appropriée à l'évaluation environnementale des itinéraires techniques viticoles (ITKv) de production de raisins de qualité, à l’échelle parcellaire, afin de pouvoir choisir les plus performants. Pour établir et tester un cadre méthodologique de l’ACV, adapté à cet objectif, des ITKv réels et variés visant un même objectif qualitatif sont nécessaires. Nous proposons ici une chaîne de traitement d’enquête originale, Typ-iti, qui permet le choix de cas réels représentant chaque groupe. Cinq groupes ont ainsi été identifiés parmi les ITKv de production de raisins de Chenin blanc pour vins blancs secs d’AOC en Moyenne Vallée de la Loire, dont trois en viticulture conventionnelle et deux en viticulture biologique. Cinq cas réels ont été choisis pour les représenter. L’ACV est ici déclinée pour la viticulture sur la base de ces cinq cas, par l’établissement d’un cadre méthodologique qui comprend : i) la définition de limites du système incluant les phases non productives et productives, ii) le choix des modèles disponibles les plus pertinents, pour le calcul des émissions directes de polluants à la vigne, iii) l’adaptation fine du modèle d’émissions de pesticides organiques Pest LCI 2.0 aux spécificités viticoles, iv) la proposition et le test d’unités fonctionnelles basées sur un indicateur de qualité du raisin original permettant la prise en compte de la qualité dans les ACV de raisins destinés à la production de vins de qualité. L’ACV a révélé, à l’échelle parcellaire, i) des éco-efficiences contrastées pour les cinq ITKv contrastés, ii) les pratiques responsables de ces contrastes, iii) des solutions d’amélioration et leurs effets quantifiés sur les performances environnementales. La généricité des résultats de ces cas aux groupes qu’ils représentent varie selon l’homogénéité des groupes et avec les catégories d’impacts selon qu’elles sont, ou non, conditionnées par le milieu. L’effet important du millésime sur les résultats, mis en évidence ici sur un cas, mérite d’être pris en compte dans toute ACV viticole. De nombreuses perspectives d’améliorations méthodologiques sont discutées ici pour accroître la pertinence et la complétude des résultats ainsi que la généricité de la méthode et pour son application auprès d’acteurs du développement des filières viticoles. / In order to contribute to the effort of eco-efficiency improvement of the wine sctor, especially in the Protected Denomination of Origin (PDO) contaxt, we worked to identify in which conditions Life Cycle Assessment (LCA) is an appropriate method for environmental assessment, at plot scale, of quality vineyard Technical Management Routes (TMRs), to permit the choice of the most eco-efficient technical operations and TMRs.A methodological framework for LCA suited to this objective was designed and tested on five real and contrasted TMRs, oriented towards a same qualitative objective. These cases were chosen thanks to an original statistical analysis chain, Typ-iti, on the basis of a survey, among the TMRs producing Chenin blanc grapes for PDO dry white wines in the Middle Lore Valley. Five groups were identified and characterized, threee in conventional viticulture, and two in organic viticulture.The methodological framework that was established includes i) the studied system definition including productive and non-productive phases, ii) the choice of the most suitable and available models for calculation of pollutant direct emissions in the vineyard, iii) the customization of the organic pesticide emision calculation model, Pest LCI 2.0, to viticulture specific needs iv) the inclusion of grape quality in the LCA by two functional units including an original grape quality index.LCA proves to be a method complex but powerful, usable at parcel scale for grape production TMRs choice. It revealed i) contrasted eco-efficiencies for the 5 contrasted TMRs, ii) the viticultural practices responsible for these contrasts, iii) solutions for eco-efficiency improvement and quantification of their eco-efficiency effects.The important effect of the production year on the results, highlighted here on one case, must be taken into account in any viticulture LCA. Numerous perspectives of methodological improvement are discussed here in order to increase relevance and completeness of the results as well as genericity of the method and its accessibility for viticulture development stakeholders.