Modélisation multi-échelle

Modélisation multi-échelle

 L’Analyse de Cycle de Vie (ACV)

L’analyse de cycle de vie est un outil d’évaluation des impacts qui permet de suivre un produit tout au long de sa durée de vie (« de la mine à la décharge »), en prenant en compte toutes les phases de celle-ci (production, utilisation, réhabilitation et destruction), et ce de façon aujourd’hui normalisée selon les standards ISO 14040 [ISO, 2006]. Elle permet notamment de comparer deux systèmes ayant une fonction similaire, d’analyser les impacts des phases du cycle de vie d’un même système, de comparer des alternatives ou d’établir une comparaison à un système de référence. Cette méthode, pour être pertinente, doit suivre une méthodologie précise. Une ACV comporte quatre phases : – La définition des buts et du cadre de l’étude – L’analyse d’inventaire – L’évaluation des impacts – L’interprétation des résultats.

Définition des buts et du cadre de l’étude

L’exposé du but d’une ACV doit clairement déterminer les applications prévues, les raisons qui ont poussé à mener l’étude et le public auquel elle se destine, à qui les résultats seront communiqués. Le cadre d’une étude lui, doit être suffisamment bien défini pour s’assurer que l’ampleur, la profondeur et le niveau de détail de l’étude permettent de répondre aux buts fixés. La définition du cadre de l’étude doit comprendre une description claire de ces éléments [ISO, 2006]: – Les fonctions du système ou des systèmes étudiés – L’unité fonctionnelle – Le système en lui-même – Les procédures d’allocation mises en œuvre 39 – Les types d’impact considérés et la méthodologie utilisée pour les caractériser, ainsi que les interprétations qu’elle nécessitera – Les données nécessaires – Les hypothèses faites – Les limites de l’étude – Les nécessités en termes de qualité des données initiales – Le type d’examen critique qu’il peut être nécessaire de mener – Le type et le format de rapport qui doit être établi pour cette étude L’unité fonctionnelle permet de quantifier l’efficacité du système vis-à-vis de son utilité. Elle doit être clairement définie et mesurable en terme de produit, de service fournis et de durée sur laquelle ce service est rendu. Elle sert de référence afin de déterminer les flux entrant et sortant du système, et est fondamentale pour assurer la compatibilité des résultats fournis par l’ACV, notamment en cas d’étude comparative de plusieurs systèmes. Le système doit aussi être clairement défini en termes de frontières : cette définition détermine quels procédés seront inclus dans l’étude. Elles dépendront : de l’application prévue à l’étude, des hypothèses faites, des critères de limites choisis, des contraintes liées aux données et aux coûts, et du public à qui est destinée l’étude. Les critères utilisés pour cette définition doivent être identifiés et justifiés dans l’énoncé du cadre de l’étude. Les choix des intrants et sortants, les niveaux d’agrégation dans une catégorie de données et la modélisation du système (qui doit faire en sorte que les flux entrants, sortants et les frontières du système soient des flux élémentaires) doivent être en cohérence avec les buts de l’étude. En accord avec les buts et le cadre de l’étude, on définit les objectifs et impératifs concernant la qualité des données utilisées, ainsi que leurs caractéristiques. Elles doivent concerner [ISO, 2006] : – La notion de couverture temporelle – La notion de couverture géographique – Celle d’une couverture technologique – La précision, la représentativité et la complétude des données – La consistance et la reproductibilité des méthodes utilisées au cours de l’ACV – Les sources d’où sont tirées les données, et leur représentativité – Les incertitudes liées aux informations fournies. Lors d’une étude comparative, différents systèmes doivent être comparés sur la base d’une même unité fonctionnelle et d’une même méthodologie, ainsi que sur des exigences similaires (en termes de qualité des données notamment). 

Détermination et analyse de l’Inventaire de Cycle de Vie (ICV)

Cette phase consiste à collecter et calculer les données, dont la pertinence dépendra des buts et du cadre de l’étude définis précédemment, permettant de déterminer les flux élémentaires entrants et sortants du système, comme les ressources et produits utilisés, ainsi que les rejets émis dans l’air, les eaux et les sols. Tous les process unitaires inclus dans les frontières du système doivent être pris en compte, et ce de manière exhaustive (ainsi une consommation d’électricité implique de prendre en compte tous les modes de production de cette dernière, sa distribution…). Pour chaque process du système on considère : 40 – Les matériaux entrants, en kg : toutes les quantités de matériaux impliquées en entrée dans le process (venant de l’environnement ou d’un autre process) – Les matériaux sortants, en kg : toutes les quantités de matériaux émises par le process (vers l’environnement ou un autre process) – Les entrées d’énergie, en MJ : toutes les quantités d’énergie (thermiques ou électriques) consommées par le process – Les sorties d’énergie, en MJ : toutes les pertes énergétiques liées au process Ces données sont en général issues de la littérature spécialisée, et sont classées selon 8 catégories [ISO, 2006] : – Matériaux bruts : utilisés dans un but autre que la production d’énergie – Matériaux bruts énergétiques : utilisés pour la production d’énergie – Produits principaux : matériau ou énergie remplissant la fonction du process – Produits dérivés : autres produits du process, ayant une valeur économique – Déchets gazeux – Déchets liquides – Déchets solides – Autres émissions : émissions radioactives et pertes d’énergie L’inventaire doit être le plus exhaustif possible. Ainsi à ce stade aucune donnée ne doit être négligée (ces choix se feront au cours de la phase d’analyse d’impacts). Il est néanmoins important de fournir pour chaque donnée : – Des renseignements qualitatifs : l’origine, la composition, la forme sous laquelle existe le produit en question – Ses caractéristiques statistiques : disponibilité maximale, minimale, moyenne… – La méthode et la date d’acquisition (notamment pour les données issues de mesures) Une fois les flux entrants et sortant exprimés pour tous les process unitaires du système, leur agrégation en vue de l’obtention de l’inventaire du système entier doit être effectuée. Les flux concernant chaque process sont souvent exprimés dans des unités spécifiques à ces derniers. Ils doivent donc être convertis et exprimés selon l’unité fonctionnelle correspondant au système. La procédure d’inventaire est itérative : la collecte des données sur un système apporte un surplus d’informations sur ce dernier, ce qui est susceptible de faire apparaitre de nouveaux besoins de données, des changements dans la méthodologie de collecte de données, ou une modification des buts et du cadre de l’étude. Des contraintes pratiques peuvent par exemple apparaitre, en lien avec ces derniers, et doivent alors être inclues dans le cadre de l’étude et explicitées dans le rapport. Il existe des cas où l’allocation des flux peut être problématique. Ainsi des systèmes impliquant des produits multiples, comme par exemple une usine de cogénération, qui produit à la fois de la chaleur et de l’électricité, doivent voir la structure de l’allocation des flux de produits et d’énergie clairement explicitée et documentée. 

Analyse de l’Impact du Cycle de Vie (AICV)

A partir du résultat de la phase d’inventaire du système, on évalue l’impact de ce système, en associant les données d’inventaire à des impacts environnementaux spécifiques, et ce afin d’en évaluer l’importance, en cohérence avec les buts fixés. La phase d’évaluation des impacts est elle aussi normalisée selon les standards ISO 14040, et doit comprendre les éléments suivants [ISO, 2006] : Figure 2 : Phases de l’analyse de l’impact du cycle de vie [ISO, 2006] Ainsi on considère les phases suivantes : a) Sélection des catégories d’impact, des indicateurs correspondant et des modèles de caractérisation : Elle se fait en cohérence avec les buts et le champ de l’étude, de façon argumentée et référencée. Le lien est ici fait entre l’inventaire et les indicateurs en prenant en compte les mécanismes environnementaux mis en jeu, ainsi que des modèles de caractérisation des impacts, qui forment une base pour l’obtention des facteurs de caractérisation, et doivent être clairement décrits. b) Assignation des données d’inventaire (classification) Cette étape permet de mettre en évidence les conséquences environnementales des flux répertoriés l’inventaire. La classification des données d’inventaire dans les différentes catégories d’impact doit se faire en tenant compte : – De l’assignation des données d’inventaire ne rentrant que dans une catégorie d’impact – De l’assignation des données d’inventaire correspondant à plusieurs impacts – De la distinction à faire entre les impacts environnementaux ayant des mécanismes intervenant en parallèle (exemple : le SO2, qui a un impact sur la santé humaine mais aussi sur l’acidification) et des impacts intervenant en série (ainsi les NOxs seront assignés à la fois à la production d’ozone troposphérique et à l’acidification).