Soutenance mémoire
Analyse environnementale de cycle de vie
L’analyse environnementale de cycle de vie (notée Analyse du Cycle de Vie (ACV) dans la suite de ce mémoire) est une technique qui consiste à évaluer les impacts environnementaux d’un produit (bien ou service) tout au long de son cycle de vie. Le cycle de vie comprend toutes les étapes depuis l’acquisition des matières premières jusqu’à la démolition (la fin de la durée de vie), y compris l’extraction et la transformation des matières premières, la fabrication, la distribution, l’utilisation, la réutilisation, la maintenance, le recyclage et la fin de vie (du berceau à la tombe comme mentionné dans l’introduction) (SETAC 1993). Guinée (2010) montre que la prise en compte des critères environnementaux s’est déroulée en plusieurs périodes:
– 1960 – 1990 : cette période correspond au début de la prise en compte des analyses environnementale avec plusieurs méthodes et approches pour mener une telle étude. En effet, les premières ACV ont eu lieu entre la fin des années 1960 et le début des années 1970 avec des analyses concernant la consommation des ressources énergétiques, puis de plus en plus avec la considération d’impacts tels que l’épuisement des ressources, les différents types d’émissions et la génération de déchets. Cette période témoigne également de la divergence des approches, des terminologies et des résultats obtenus du fait du manque de discussion et de concertation scientifique au niveau international et de plate-formes communes pour réaliser des ACV ;
– 1990 – 2000 : les années 1990 voient la naissance des normes permettant de normaliser l’ACV. Une croissance remarquable concernant les activités scientifiques et la coordination dans le monde entier est observée durant cette période avec la création d’organisations telles que la Society of Environmental Toxicology and Chemistry – Société de toxicologie et chimie de l’environnement (SETAC) et de divers groupes de travail ayant permis d’aboutir à la production de guides et manuels en lien avec l’ACV. Suite à la démarche de la SETAC, l’International Organization for Standardization (ISO) a pris part à la démarche de normalisation de l’ACV à partir de 1994. Alors que la SETAC se concentrait sur le développement et l’harmonisation des méthodes par le biais de groupes de travail, l’ISO a adopté une démarche plus formelle de standardisation des méthodes et procédures ;
– 2000 – présent : depuis le début des années 2000, on assiste à une croissance continue de la demande de prise en compte des ACV lors de la réalisation d’un projet. En effet, le Programme des Nations Unies pour l’Environnement (PNUE) et la SETAC ont lancé en 2002 un partenariat international sur le thème du cycle de vie avec pour objectif de mettre en pratique la notion de cycle de vie et d’améliorer les outils, les bases de données et les indicateurs. Cette prise en compte des impacts environnementaux sur le cycle de vie au travers des ACV a été effective au niveau mondial avec notamment la promotion du recours à l’ACV par l’EPA (agence de protection de l’environnement) aux Etats-Unis.
De nombreux forums et conférences permettent aujourd’hui aux chercheurs et praticiens d’échanger sur le thème de l’ACV et notamment sur les questions des données à utiliser pour l’inventaire du cycle de vie, des méthodes à adopter pour la construction des bâtiments et infrastructures, des indicateurs à utiliser pendant la vie en service et des concepts à introduire pour aborder la fin de vie des ouvrages, avec la valorisation des déchets. L’“International Symposium on Life Cycle Assessment and Construction” organisé en France en 2012 (Ventura 2012, Ventura et al. 2012) et l’“International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering” organisé à Vienne en 2012 (Strauss et al. 2012) sont deux évènements récents qui témoignent du dynamisme des communautés scientifiques et techniques sur le thème de l’ACV. Il est également noté que le thème de l’analyse de cycle de vie des ponts et la prise en compte de l’impact sur le développement durable ont été abordés lors de l’“International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management” (Biondini & Frangopol 2012), organisée en Italie en 2012 (Maier et al. 2012, Gervasio et al. 2012).
Méthodologie
La série de normes ISO 14040 à 14044, qui ont été publiées en 1997-2000 et dont deux ont été remplacées en 2006 (ISO 14040 et 14044), ont pour but de mettre en place des concepts et méthodes permettant de mener une ACV. En particulier, la norme ISO 14040 (2006a) préconise quatre étapes pour réaliser une étude environnementale : (i) la définition des objectifs et du champs de l’étude, (ii) l’établissement des inventaires de cycle de vie, (iii) l’évaluation des impacts et finalement (iv) l’interprétation des résultats.
Depuis, de nombreuse normes telles que les normes ISO 15392 (2008a), 21930 (2007), 21931 (2010) ont été publiées pour proposer des plates-formes communes pour réaliser une ACV dans le secteur de la construction. La norme NF P 01-010 (2004) “Déclaration environnementale et sanitaire des produits de construction”, publiée en décembre 2004, porte sur le contenu de la déclaration des caractéristiques environnementales et sanitaires des produits de construction à travers des Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire (selon la norme NF P01-010) (FDES), et à cette fin précise les informations pertinentes, nécessaires et suffisantes. Elle établit les règles permettant de les délivrer et de les lire. Elle repose entre autres sur l’ISO/TR 14025, les normes ISO 14040, ISO 14041 et les principes de la norme NF EN ISO 14020 (étiquettes et déclarations environnementales). Cette norme est la révision et le regroupement de deux normes expérimentales :
– la norme XP P 01-010-1 : “Qualité environnementale des produits de construction
– Information sur les caractéristiques environnementales des produits de construction – Partie 1 : méthodologie et modèle de déclaration de données” qui portait sur le contenu de l’information sur les caractéristiques environnementales des produits de construction,
– la norme XP P 01-010-2 : “Qualité environnementale des produits de construction
– Information sur les caractéristiques environnementales des produits de construction– Partie 2 : cadre d’exploitation des caractéristiques environnementales pour application à un ouvrage donné”.
Définition des objectifs et du champ de l’étude
C’est la première étape de l’ACV qui détaille les objectifs de l’étude, ses hypothèses et ses limites. Cette partie fondamentale décrit le schéma global de l’analyse.
objectif de l’étude L’importance de cette étape est de savoir précisément quelles sont les attentes pour l’étude. Un objectif de l’ACV peut être par exemple la comparaison environnementale de deux produits, services, procédés différents ou la détermination des étapes du cycle de vie qui contribuent le plus à certains impacts.
frontières de l’étude Cette étape doit fournir le contexte dans lequel l’étude est faite, y compris les limites du système, les besoins de données et les hypothèses qui doivent être prises en compte. Le modèle et la configuration du processus sont définis dans cette étape avec une description détaillée du produit étudié, y compris les procédés, matériaux ou produits nécessaires. Normalement, l’analyse exclut les stades, procédés ou matériaux qui ne sont pas significatifs pour le résultat final ou pour lesquels les données ne sont pas suffisamment précises. Tous ces facteurs conditionnent la précision des résultats et doivent être pris en compte dans la phase d’interprétation.
unité fonctionnelle C’est l’unité de l’ensemble du système, à laquelle les données pour des flux d’entrée et de sortie devraient correspondre. L’unité fonctionnelle va permettre de comparer différentes ACV. Le niveau de précision de l’unité fonctionnelle dépend de l’objectif de l’étude :
– si l’analyse est très spécifique, l’unité fonctionnelle doit être également très précise;
– si les résultats sont à comparer avec d’autres études, plus générales, la définition de l’unité fonctionnelle doit être suffisamment vague.
Inventaire du cycle de vie (ICV)
Il s’agit de la phase la plus complexe de l’ACV où les inventaires du cycle de vie sont définis en quantifiant les matériaux et les flux d’énergie inclus pendant la durée de vie d’un produit ou d’un système. Afin d’identifier et de quantifier ces flux d’inventaire, chaque processus principal du produit ou du système doit être subdivisé jusqu’à des processus unitaires en tenant compte des limites du système établies dans l’étape précédente. Il existe de nombreuses bases de données où les données nécessaires pour calculer les flux de sortie peuvent être trouvées. Ayant une grande influence sur la qualité des résultats, il est donc important de choisir une source de données appropriée pour construire des Inventaire du Cycle de Vie (ICV). Ainsi, il est également possible de recueillir des données directement à partir des enquêtes sur place, dans les usines par exemple. Cette source de données peut fournir des informations très précises et exactes. Certaines entreprises construisent leurs propres bases de données d’inventaire et définissent leurs propres valeurs ou paramètres. Ces valeurs peuvent changer en raison des variations dans les mesures, les types de matériaux impliqués, etc. En France, la base INIES met gratuitement à la disposition de tous plus de 780 FDES renseignées par les industriels volontaires. Ces déclarations objectives, qualitatives et quantitatives, délivrées selon un format standardisé sont destinées à aider les maîtres d’ouvrages, les concepteurs et les entreprises du bâtiment à évaluer la qualité environnementale de leurs projets de construction.Une étude comparative de deux versions “simplifié”et“complète” de certaines fiches menée par Lasvaux (2012) a montré que l’écart est relativement faible pour certaines catégories d’impact. Globalement, cette étude a permis d’identifier le potentiel d’amélioration pour ces fiches. Pourtant, il manque encore des données environnementales adaptées à l’évaluation des ouvrages de génie civil dans cette base. Pour cette raison, l’Association Française de Génie Civil (AFGC) a initié un groupe de travail sur les Données d’Impact pour les Ouvrages de GENie civil (DIOGEN) en 2010 (Tardivel 2012, Habert et al. 2011). Ce groupe de travail a notamment pour but de recenser et d’examiner les données existantes et de construire une base de données intégrant des processus de matériaux de type berceau jusqu’à la porte (depuis la fabrication jusqu’au départ de l’usine). Une telle base de données devrait permettre aux praticiens de réaliser rapidement une ACV pour des ouvrages de génie civil construits en France. De la même manière, le projet européen FEDER Techniques Routières Adaptées au Changement Climatique (TRACC) étudie les chantiers d’entretien des routes et vise à établir des processus adaptés pour pouvoir facilement réaliser des ACV liées à l’entretien des chaussées (Liffraud 2011).
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Table des matières
1 introduction
2 principes des différentes approches de cycle de vie
2.1 Analyse des coûts de cycle de vie
2.1.1 Introduction
2.1.2 Méthodologie
2.1.3 Analyses récentes sur le coût de cycle de vie
2.2 Analyse environnementale de cycle de vie
2.2.1 Introduction
2.2.2 Méthodologie
2.2.3 Analyses récentes sur l’ACV
2.3 Analyse sociétale – Impacts externes dus à la congestion du trafic routier
2.3.1 Introduction
2.3.2 Phénomène de congestion du trafic
2.4 Synthèse
3 application de l’analyse de cycle de vie
3.1 Introduction
3.2 Familles d’ouvrages considérés
3.2.1 Cas de référence
3.2.2 Etude comparative
3.3 Cadre méthodologique
3.3.1 Considérations générales
3.3.2 Données unitaires
3.4 Etude comparatives de dimensionnement
3.4.1 Aspects innovants sur les matériaux
3.4.2 Aspects innovants concernant la conception
3.4.3 Aspects innovants concernant la surveillance/maintenance
3.4.4 Synthèse des études comparatives par famille d’ouvrages
3.5 Analyse multicritère
3.5.1 Présentation des outils TOPSIS et PROMETHEE
3.5.2 Application des approches TOPSIS et PROMETHEE aux familles d’ouvrages A, B et C
3.5.3 Synthèse sur l’analyse multicritère
3.6 Synthèse générale
4 détermination de stratégies optimales de conception et gestion
4.1 Introduction
4.2 Analyse performantielle sur le cycle de vie
4.2.1 Introduction
4.2.2 Modèles de performance
4.2.3 Caractérisation des modèles de dégradation Ma1 et Ma2
4.3 Processus d’optimisation multiobjectif
4.3.1 Introduction
4.3.2 Résultats d’optimisation pour la famille A
4.3.3 Résultats d’optimisation pour la famille B
4.3.4 Résultats d’optimisation pour la famille C
4.4 Etude de l’influence des seuils de performance
4.4.1 Etude des seuils sur la protection anticorrosion
4.4.2 Etude des seuils sur les joints des chaussées
4.4.3 Influence sur les coûts aux usagers de deux tabliers au lieu d’un seul
4.5 Synthèse
5 conclusions
