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Définition du concept d’évaluation de la durabilité environnementale
La durabilité environnementale décrit le niveau de durabilité d’un choix en fonction de son effet sur l’environnement. Plus précisément, le niveau de durabilité environnementale décrit à quel point un système de l’activité humaine a un effet important sur l’état de l’environnement actuel. L’évaluation de la durabilité environnementale est donc l’action d’analyser l’effet d’un système sur l’environnement. Pour suivre les principes fondamentaux du développement durable, cette évaluation doit se faire en fonction de besoins auxquels le système répond. L’évaluation du système dans le temps (présent et futur) impose aussi une modélisation du système puisqu’il faut faire des hypothèses sur la description du futur des systèmes. La considération des limites/contraintes du système lors de la modélisation est aussi nécessaire pour correspondre aux principes fondamentaux du développement durable. L’identification de ses limites est toutefois aussi complexe que pour le concept de développement durable. L’imprécision des limites/contraintes est un problème pour l’évaluation des limites physiques, au moins pour le pilier environnemental. En effet, ces limites sont difficiles, voire impossibles, à évaluer précisément parce qu’il faut considérer la capacité d’adaptation présente et future de l’environnement et des systèmes anthropogéniques. Il n’est donc pas possible, actuellement, de dire avec certitude si une solution est durable ou non au niveau environnemental. Une tentative de réponse partielle à ce problème global est toutefois proposée par Meinhausen et al. (2009) pour appréhender la question du changement climatique en fixant une limite de 2°C à la hausse en température terrestre globale. Une solution envisagée est de contourner ce problème, donc de ne pas identifier les limites, mais plutôt d’évaluer les impacts environnementaux de différents systèmes de l’activité humaine pour déterminer le niveau d’effets néfastes de ces systèmes. Il est alors intéressant de classer ces systèmes en fonction du niveau d’effets néfastes qu’ils occasionnent. Ce type d’évaluation de la durabilité environnementale reste tout de même un outil pour la prise de décisions nécessaires au développement durable bien qu’il ne reflète plus une évaluation de la durabilité de l’environnement face à un système anthropogénique global. Il reste toutefois une difficulté dans la description des systèmes. En effet, une modélisation permettant de faire une évaluation de la durabilité environnementale ne peut considérer la totalité des processus qui constituent le monde dans lequel nous vivons. Il y a tout simplement trop de variables à considérer. Une description schématique du système global (activité humaine – environnement) permet l’identification des aspects critiques d’une modélisation environnementale par l’évaluation de la durabilité environnementale. Cette description, le DPSIR (EEA 1999; Holten-Andersen et al. 1995; Jesinghaus 1999) synthétise les relations clés entre l’activité humaine et l’environnement.
Modèle DPSIR : DPSIR est un acronyme pour cinq composantes des systèmes de l’activité humaine et de l’environnement. C’est un acronyme anglais qui signifie « Drivers, Pressures, State, Impacts et Responses ». Cet acronyme peut se traduire de la manière suivante : Dynamiques, Pressions, Etats, Impacts et Réponses.
Spécificités spatiotemporelles de la production d’énergie
Le secteur de l’énergie se définit par plusieurs aspects qui sont variables au niveau spatiotemporel (voir annexe 1). La production d’énergie par des sources renouvelables présente plusieurs autres aspects qu’il est intéressant de considérer lors d’une évaluation sous perspective du cycle de vie. Tout d’abord, plusieurs nouvelles technologies basées sur des sources d’énergie renouvelable sont maintenant en phase d’intégration dans le mix énergétique de plusieurs pays afin de réduire les impacts environnementaux de la production d’énergie et la dépendance aux ressources fossiles. Les énergies renouvelables qui se développent rapidement aujourd’hui présentent cependant une infrastructure complètement différente des technologies traditionnelles. Les particularités de ces nouvelles infrastructures doivent être bien identifiées pour évaluer leurs impacts environnementaux et donc leur durabilité environnementale. Sources d’énergie renouvelable :
L’énergie solaire (radiation)
L’énergie de la biomasse (conversion de l’énergie solaire)
L’énergie éolienne (mouvement de l’air causé par l’énergie solaire)
L’énergie des vagues (mouvement sur la surface de l’eau causé par le mouvement de l’air)
L’énergie hydraulique (mouvement de l’eau causé par l’énergie solaire et la gravité de la terre)
L’énergie géothermique (énergie thermique interne de la planète terre)
L’énergie des marées (effet gravitationnel de la lune)
Ces sources ont toujours fait partie de notre environnement et ne sont donc pas considérées comme des sources d’impacts environnementaux.
Définition et principes généraux
Selon Jolliet et al. (Jolliet et al. 2010), la méthode ACV se définit comme étant : « Une méthode de modélisation qui évalue l’impact environnemental d’un produit, d’un service ou d’un système en relation à une fonction particulière et ceci en considérant toutes les étapes de son cycle de vie. » La norme ISO 14 040 (ISO 2006b) définit sept principes généraux qui aident à mieux comprendre les objectifs d’évaluation environnementale qui mènent à l’utilisation de la méthode ACV. Voici une liste de ces sept principes ainsi qu’une brève descriptioni de ceux-ci:
Perspective du cycle de vie : Il faut considérer l’ensemble du cycle de vie d’un produit, de l’extraction des matières premières au traitement en fin de vie. L’expression « du berceau à la tombe » est fréquemment utilisée pour illustrer cette perspective.
Intérêt environnemental : seuls les aspects environnementaux doivent être considérés dans ce type de modélisation. Les impacts sociaux et économiques sont généralement à l’extérieur du cadre des études ACV. Il ne faut cependant pas oublier que les aspects environnementaux sont, dans ce type de modélisation, reliés à l’activité humaine.
Approche relative et unité fonctionnelle : La modélisation est relative à l’unité fonctionnelle (UF) qui définit la fonction des scénarios évalués. Tous les résultats d’une modélisation ACV (inventaire cycle de vie, impacts environnementaux) dépendent de cette UF et les analyses doivent donc s’y référer. Il faut considérer la plus grande proportion possible du système nécessaire à la réalisation de cette fonction définie par l’UF.
Approche itérative : Chaque phase d’une ACV est réévaluée en fonction des résultats des autres phases. L’itération de la modélisation doit contribuer à la complétude et à la cohérence de l’étude. Une approche itérative permet aussi de commencer par une modélisation grossière qui sert à l’identification des aspects importants nécessitant une modélisation plus fine permettent d’atteindre les objectifs d’une étude.
Transparence : Présentation ouverte, complète et compréhensible des informations. Ce principe est important puisque les études ACV sont complexes et requiert de nombreuses hypothèses. Il est alors difficile d’en analyser la pertinence si certaines informations sont dissimulées.
Complétude : Une étude ACV doit présenter les effets sur l’environnement, la santé humaine et les ressources naturelles afin d’identifier des compromis possibles et d’évaluer le système avec une perspective transversale. En d’autres mots, les résultats d’une étude ACV doivent renseigner tous les impacts environnementaux pertinents pour répondre à l’objectif d’amélioration du système.
Priorité de l’approche scientifique : Les décisions prises dans le cadre d’une ACV se basent de préférence sur les sciences de la nature limitant le nombre de décisions reliées à des choix de valeurs. Les sciences économiques, sociales et les conventions internationales peuvent aussi être utilisées si les sciences de la nature n’offrent pas de guide.
Proposition actuelle de méthodes de modélisation des impacts environnementaux
La justification de l’importance de considérer la variabilité spatiale dans la modélisation des impacts environnementaux a guidé la création de plusieurs méthodes considérant l’effet d’une variabilité spatiale des sources de flux élémentaires. Différentes publications décrivent une liste de paramètres qui doivent être considérés pour faire ce type de modélisation (Bare et al. 1999; Owens 1997; Pennington et al. 2004; Potting and Hauschild 1997; Reap et al. 2008). L’idée est en fait de considérer la variabilité spatiale des mécanismes environnementaux qui servent à définir les FCs pour différentes méthodes. Malgré l’existence de ces méthodes de modélisation d’impacts, des recommandations des normes ISO 14 040 et 14 044 et des recommandationsi d’autres documents de référence (ILCD 2010; Jolliet et al. 2010), les caractéristiques spatiales sont encore rarement considérées dans les études ACV actuelles (Finnveden et al. 2009; Potting and Hauschild 2006; Reap et al. 2008). Il semble donc qu’il y existe encore des freins aux considérations spatiales lors d’une modélisation ACV.
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Table des matières
1 Introduction
1.1 L’évaluation de la durabilité environnementale
1.1.1 Définition du concept de développement durable
1.1.2 Définition du concept d’évaluation de la durabilité environnementale
1.2 Les impacts environnementaux du secteur de l’énergie
1.3 Spécificités spatiotemporelles de la production d’énergie
1.4 Méthode pour l’évaluation de la durabilité environnementale
1.5 Objectif de la thèse
1.6 Démarche de la thèse
2 Méthode analyse cycle de vie
2.1 Description générale de la méthode ACV
2.1.1 Définition et principes généraux
2.1.2 Structure de l’ACV
2.1.3 Résumé et irrégularités dans l’application du cadre méthodologique
2.2 Historique de développement des considérations spatiotemporelles
2.2.1 Evolution générale
2.2.2 Développements au niveau spatial
2.2.3 Développements au niveau temporel
2.3 Phase 1 : Définition des objectifs et du champ de l’étude
2.3.1 Définition des objectifs
2.3.2 Définition du champ de l’étude
2.4 Phase 2 : Modélisation du système et calcul d’inventaire cycle de vie
2.4.1 Modélisation et caractérisation spatiotemporelle des systèmes
2.4.2 Calcul d’un inventaire cycle de vie
2.4.3 Forces et faiblesses identifiées pour la deuxième phase de la méthode ACV
2.5 Phase 3 : Modélisation des impacts environnementaux
2.5.1 Considérations spatiotemporelles générales pour la modélisation des impacts
2.5.2 Modélisation d’impacts environnementaux à partir de l’ICV
2.5.3 Définition des facteurs de caractérisation d’impacts
2.5.4 Forces et faiblesses identifiées pour la troisième phase de la méthode ACV
2.6 Résumé du chapitre
3 Démarche pour le développement
3.1 Forces et faiblesses des considérations spatiotemporelles
3.1.1 Description des forces et faiblesses
3.1.2 Positionnement des forces et faiblesses dans la structure de la méthode ACV
3.1.3 Identification des freins critiques aux considérations spatiotemporelles
3.2 Proposition pour le vocabulaire relatif aux considérations temporelles
3.2.1 Apparition du concept de modèle dynamique
3.2.2 Modélisation dynamique des systèmes
3.2.3 Modélisation dynamique des impacts environnementaux
3.2.4 Discussion sur l’utilisation de l’adjectif dynamique
3.3 Propositions pour atteindre l’objectif général de la thèse
3.3.1 Propositions au niveau spatial
3.3.2 Propositions au niveau temporel
3.3.3 Résumé des propositions de développement
3.4 Définition et organisation des objectifs spécifiques de la thèse
3.4.1 Effets de la structure de la méthode ACV sur l’organisation du travail
3.4.2 Objectifs spécifiques de la thèse
3.5 Protocole pour la proposition et vérification de développements
4 Mode de caractérisation spatiotemporelle
4.1 Cadre d’évaluation des modes de caractérisation
4.1.1 Définitions de critères de performance
4.1.2 Définition des conditions de viabilité d’un mode de caractérisation
4.1.3 Evaluation des modes à partir du cadre d’évaluation
4.2 Evaluation des modes de caractérisation spatiotemporelle existants
4.2.1 Evaluation de modes de caractérisation spatiale
4.2.2 Evaluation d’un mode de caractérisation temporelle
4.3 Proposition de nouveaux modes de caractérisation spatiotemporelle
4.3.1 Proposition d’un mode de caractérisation spatiale des flux élémentaires 2.0
4.3.2 Proposition d’un mode de caractérisation temporelle relatif des flux
4.4 Récapitulatif des évaluations des modes de caractérisation
4.5 Résumé du chapitre
5 Modification du Calcul d’iCV
5.1 Utilisation de distributions temporelle pour le calcul d’ICV
5.1.1 Identification des freins pour l’utilisation de distributions temporelles
5.1.2 Mise en œuvre de la méthode ESPA pour le calcul d’ICV
5.2 Méthode ESPA+ pour le calcul d’ICV
5.2.1 Description des entrées pour l’étape du calcul d’ICV
5.2.2 Equation du calcul d’ICV spatiotemporel
5.2.3 Résultats du calcul d’un ICV caractérisé au niveau spatiotemporel
5.3 Nouvelle méthode ESPA+
6 Cas d’études pour la production d’énergie
6.1 Sélection des cas d’études pour tester les développements
6.1.1 Choix du domaine de la production d’énergie par des sources renouvelables
6.1.2 Choix des développements à tester
6.1.3 Intérêt pour la simplification des cas d’étude
6.1.4 Choix des cas d’étude
6.2 Cas d’étude #1 : Installation photovoltaïque simplifiée
6.2.1 Description générale du scénario
6.2.2 Utilisation du mode de caractérisation spatiotemporelle
6.2.3 Calcul à partir de la méthode ESPA
6.2.4 Résultats
6.2.5 Analyse des résultats
6.3 Cas d’étude #2 : Installation solaire thermique
6.3.1 Description générale du cas d’étude
6.3.2 Modélisation des systèmes
6.3.3 Calcul de l’ICV à partir de la méthode ESPA+
6.3.4 Modélisation dynamique du réchauffement climatique
6.3.5 Analyse des résultats de modélisation d’impacts environnementaux
6.4 Résumé du chapitre
7 Conclusion
7.1 Développements méthodologiques
7.1.1 Proposition d’un mode de caractérisation spatiotemporelle
7.1.2 Modification de la méthode de calcul standard des ICVs
7.2 Mise en œuvre des développements méthodologiques
7.2.1 Confirmation de conclusions précédentes
7.2.2 Nouvelles conclusions
7.3 Conclusion générale
7.4 Perspectives de recherche
7.4.1 Incertitude et variabilité
7.4.2 Collecte de données
7.4.3 Paramètres nécessaires à la modélisation des impacts environnementaux
7.4.4 Gestion des informations décrivant le système analysé
7.4.5 Interopérabilité des sources d’information
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