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Qu’est-ce qu’un ACV ?
Au sens de la norme ISO-14040, l’analyse du cycle de vie (ACV) est définie comme étant « une compilation des intrants, des extrants et des impacts environnementaux potentiels d’un système de produits au cours de son cycle de vie » [ISO-14040, 2006]. Elle est une méthode d’évaluation des impacts environnementaux d’un système (qu’il s’agisse d’un bien ou d’un service, voire d’un procédé), tout au long de leur cycle de vie, méthode dite du « berceau à la tombe » [SAIC, 2006].
Après la définition des objectifs et champs de l’étude, l’inventaire (inventaire du cycle de vie : ICV) des flux de matières et d’énergies traversant les systèmes est traduit en impacts ou dommages environnementaux grâce à des coefficients préétablis (appelés facteurs de caractérisation) qui permettent de calculer la contribution de chaque flux aux divers impacts environnementaux étudiés. Dans l’inventaire sont considérées les émissions de toutes les composantes de l’environnement lors de la production, de l’utilisation et de l’élimination du système. Ainsi sont également impliqués les processus de l’exploitation des matières premières et la production d’énergie [BOEGLIN & VEUILLET, 2005]. Les impacts environnementaux se calculent selon l’hypothèse que toute consommation ou émission provoque des impacts, et qu’il existe une relation linéaire entre les flux et les impacts [LEROY, 2009].
Méthodologie ACV
Définition des objectifs et du champ de l’étude
La définition des objectifs et du champ de l’étude est la phase de l’ACV dans laquelle sont définis l’objectif de l’étude ainsi que la manière de prendre en compte les impacts environnementaux dans le processus de prise de décision. Dans cette première étape non technique de l’ACV, il est nécessaire de faire une réflexion sur la fonctionnalité du produit ou système et de l’unité fonctionnelle. Ainsi il est important que soit menée une réflexion sur les frontières du système, il faudra déterminer la manière d’organiser les données et de présenter les résultats [SAIC, 2006]. La construction de cette phase doit être très claire, car en fonction de cette étape dépendront les résultats de l’étude.
Les fonctions du système de produits ou des systèmes
La définition de la fonction du système ou des systèmes à étudier est essentielle dans une étude ACV. Nous devrons donc être très prudents dans la description et le choix de la fonction du système car il est courant qu’un système ait plusieurs fonctions. La fonction du système doit être la même dans les cas de comparaison des systèmes ou des produits. En conformité avec la norme ISO 14040, seuls les systèmes remplissant une fonction équivalente peuvent être comparés [JOLLIET ET AL, 2005].
L’unité fonctionnelle
Une fois la fonction du système définie, l’unité fonctionnelle (UF) du produit ou système pris en étude doit être définie. L’unité fonctionnelle est le point central de tout ACV, car elle fournit la référence par laquelle toutes les autres données de l’évaluation sont normalisées [WEIDEMA ET AL, 2004]. Elle est une description quantitative de la performance du service (les besoins remplis) du système ou du produit étudié. Elle doit, autant que possible, être relative aux fonctions du produit plutôt qu’à ses caractéristiques physiques [ROUSSEAUX, 1999].
La frontière du système
Il est indispensable de préciser la frontière du produit ou système étudié. Si, dans une ACV, tous les processus étaient pris en compte, alors on retrouverait seulement des quantités de matières entrantes et sortantes dans l’inventaire. Cela étant pour l’heure impossible, sachant que l’élargissement des frontières est souvent coûteux en ressources et en temps et ne donne pas toujours accès à des renseignements significatifs. Il est donc nécessaire que dans une ACV, les processus inclus soient ceux qui contribuent de manière significative au produit étudié et à sa fonction [REBITZER ET AL, 2004]. Chaque fois qu’un système est étudié, il est important de définir les frontières de l’étude, nécessaires à la séparation du système du reste du monde. En ACV, nous distinguons trois types de limites :
– la limite entre le système et l’environnement ;
– les limites entre les processus qui sont pertinents et non pertinents pour le produit ;
– la frontière entre le système de production à l’étude et d’autres systèmes de production .
Outre la définition des objectifs de l’étude, de l’unité fonctionnelle et des flux de référence, cette première phase de l’ACV guidera d’autres choix dans les phases ultérieures [GUINEE, 2002].
Analyse de l’inventaire
En plus des choix méthodologiques concernant la modélisation d’un système de produits pour chaque processus du système, un ensemble de données est nécessaire. L’objectif de l’inventaire est de recueillir des informations pertinentes de l’environnement, des processus identifiés lors de la définition de l’objectif, à inclure dans le modèle du système de produit [WENZEL ET AL, 2001].
L’arbre des procédés
Afin de faciliter la collection des données il est nécessaire de réaliser un diagramme comprenant tous les principaux processus de l’unité qui devront être modélisées, y compris leurs interrelations [GUINEE, 2002].
Collecte des données
Cet ensemble de données est une compilation des entrées et des sorties liées à la fonction ou un produit généré par le processus. Un objectif important de la collecte des données est d’établir une base de données qui peut être utilisée sur une base pour ACV auprès des autres modélisateurs. Cela signifie que les données pour un procédé doivent être stockées sous une forme qui rend possible leur réutilisation dans la modélisation ultérieure d’autres produits. La collecte et la compilation des données sont souvent la partie de l’ACV qui nécessite beaucoup de travail et de temps. La collecte des données pour le premier produit peut donc bien prendre plusieurs mois, tandis que les produits suivants peuvent être définis dans un temps beaucoup plus court [WENZEL ET AL, 2001], [REBITZER ET AL, 2004].
Qualité des données
Pour l’ACV, comme pour n’importe quel autre modèle, la qualité des données a une influence majeure sur les résultats et une identification adéquate de la qualité des données est donc une étape importante. Il est donc important de vérifier la validité des données des processus recueillies. Divers outils sont disponibles pour rendre possible cette identification, y compris les bilans de masse, les bilans énergétiques et la comparaison avec des données provenant d’autres sources. Toutes les données jugées insuffisantes au cours du processus de validation doivent être remplacées.
L’objectif d’ACV est de ramener les impacts à l’unité fonctionnelle. Après la collecte des données sur chaque processus élémentaire, il est nécessaire de les affecter à l’unité fonctionnelle.
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Table des matières
Introduction
Chapitre I : Etat de l’art
Chapitre I – Partie 1 : L’Analyse du Cycle de Vie
1.1 Qu’est-ce qu’un ACV ?
1.2 Méthodologie ACV
1.2.1 Définition des objectifs et du champ de l’étude
1.2.1.1 Les fonctions du système de produits ou des systèmes
1.2.1.2 L’unité fonctionnelle
1.2.1.3 La frontière du système
1.2.2 Analyse de l’inventaire
1.2.2.1 L’arbre des procédés
1.2.2.2 Collecte des données
1.2.2.3 Qualité des données
1.2.2.4 Affectation
1.2.3 Analyse de l’impact environnemental
1.2.4 Interprétation des résultats
1.3 Analyse du cycle de vie des produits de construction : les FDES
1.4 Analyse du cycle de vie du bâtiment
1.5 La problématique des incertitudes dans l’ACV
1.5.1 Pourquoi considérer l’incertitude et la variabilité en ACV ?
1.5.2 Terminologie
1.5.2.1 Incertitude
1.5.2.2 Variabilité
1.5.3 Le traitement des incertitudes dans l’ACV
1.5.3.1 L’incertitude liée à la frontière du système
1.5.3.2 Incertitude des entrants
1.5.3.3 L’incertitude du modèle
1.5.3.4 Incertitude des paramètres
1.5.3.5 Incertitude technique de modèle
1.5.3.6 Incertitude des sortants
1.5.4 Méthodes de gestion des incertitudes en ACV
1.5.5 Méthodes de gestion des incertitudes en ACV bâtiment
1.6 Conclusion
Chapitre I – Partie 2 : Probabilité et statistique
1.7 Concepts généraux
1.7.1 Introduction : variables aléatoires et incertitudes
1.7.2 Notions de statistiques descriptives
1.7.2.1 Fonction de répartition
1.7.2.2 Statistiques de tendance centrale (moyenne, médiane, mode)
1.7.2.3 Paramètres de dispersion
1.7.3 Les lois de distribution
1.7.4 Théorème central limite
1.8 La problématique des données éloignées
1.8.1 Le test de GRUBBS
1.9 Propagation des incertitudes
1.9.1 Méthodes de propagation des incertitudes dans les modèles numériques
1.9.1.1 Méthode de Monte-Carlo
1.9.1.2 Propagation des incertitudes par approximation de premier ordre de la série de Taylor
1.10 Analyse de variance (ANOVA)
1.11 Analyse de sensibilité Taylor
Problématique de recherche
Chapitre II : Prise en compte des incertitudes en analyse de cycle de vie des bâtiments
2.1 Introduction
2.2 Présentation du modèle de l’analyse du cycle de vie du bâtiment
2.3 De la nécessité de construire notre propre base de données
2.3.1 Le niveau de finesse de la nomenclature de la base de données
2.3.2 Les valeurs éloignées
2.3.2.1 Identification des valeurs éloignées
2.3.2.2 Traitement des valeurs éloignées
2.3.2.3 Identification et traitement des données redondantes
2.3.3 Exemple de calcul
2.3.3.1 Détails pour les impacts environnementaux
2.3.3.2 Détails pour les durées de vie
2.3.3.3 Détails pour les masses volumiques
2.3.3.4 (Détails pour les conductivités thermiques)
2.3.4 Le composant du plâtre
2.3.4.1 Les classifications du plâtre
2.3.4.2 La nomenclature des coefficients d’impacts et de la masse volumique
2.3.4.3 La nomenclature de la durée de vie du plâtre
2.3.4.4 La nomenclature générale
2.3.4.5 Élimination des données redondantes
2.3.5 Exemple d’une autre donnée (Béton armé)
2.4 Traitement des incertitudes dans l’ACV des bâtiments
2.5 Propagation des incertitudes dans les études ACV bâtiment
2.5.1 La méthode de Monte-Carlo dans la propagation des incertitudes dans les études ACV bâtiment
2.5.2 Propagation des incertitudes
2.5.3 Propagation des incertitudes à l’échelle du bâtiment
2.5.4 Théorème de la limite centrale dans l’ACV du bâtiment
2.5.4.1 Composants structurels et composants non structurels ayant une durée de vie égale à celle de l’ouvrage
2.5.4.2 Autres éléments non structurels
2.5.4.3 Calcul des impacts environnementaux du bâtiment
2.5.4.4 Les limites du théorème de la limite centrale dans les ACV de bâtiment
2.6 Comparaison de projets
2.6.1 Tester le degré de confiance dans la comparaison de scénarios
2.6.1.1 A et B suivent des lois normales
2.6.1.2 A et B suivent des lois log-normales
2.7 Analyse de contribution
2.7.1 Analyse de contribution à l’échelle composant
2.7.2 Analyse de contribution à l’échelle bâtiment
2.8 Analyse de sensibilité
2.8.1 Analyse de sensibilité à l’échelle composant
2.8.2 Analyse de sensibilité à l’échelle bâtiment
2.9 Synthèse
2.10 Conclusion
Chapitre III : Utilisation de la méthode pour les maisons individuelles
3.1 Introduction
3.2 Calcul des incertitudes pour une ACV de maison individuelle
3.2.1 Présentation du cas d’étude
3.2.2 Quantités
3.2.3 Résultats
3.2.4 Analyse de contribution et de sensibilité
3.2.4.1 Analyse de contribution et de sensibilité à l’échelle bâtiment
3.2.4.2 Analyse de sensibilité à l’échelle composant
Conclusion
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