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Chaire génie civil écoconstruction

Introduction à l’Analyse de Cycle de Vie

Journée Technique Ouvrages d’Art et développement durable

Rennes, 12 décembre 2013

Orateur: Anne Ventura

Au menu…

• Pourquoi l’Analyse de Cycle de Vie ?– Un exemple historique et ses leçons scientifiques– Les phénomènes de transferts– La Politique Intégrée des Produits (PIP)

• Qu’est-ce que l’ACV? Ses principes ?– Les 4 étapes de la méthode– Les objectifs et le champ d’étude– L’inventaire de cycle de vie– L’évaluation des impacts– L’interprétation

• Pour conclure

Pourquoi l’Analyse de Cycle de Vie ?

Un exemple historique pour bien comprendre les fondements de l'ACV

• Citoyen américain• Brillant ingénieur mécanicien puis chimiste (170 brevets)• General Motors: il découvre les propriétés du

tétraéthylplomb (additif antidétonant pour les carburants)– Enjeu technologique– Nombreux cas de saturnisme parmi les ouvriers de GM – Niera longtemps les effets toxiques de son invention…

mais finira par les admettre• Pour « s’excuser » il travaillera sur des gaz réfrigérants

non inflammables car à l’époque, les fuites de réfrigérateurs avaient causé de nombreux morts– Enjeu de santé et de sécurité– Il a inventé le fréon (les chlorofluorocarbures ou CFC)– À sa mort, cette invention était toujours considérée

comme miraculeuse

Thomas

Midgley, Jr

(1889-1944)

Les suites: le tétraéthylplomb

• Interdit dans l’UE depuis 2000• Substance très toxique

(saturnisme)• Substance persistante (sa

dégradation est très lente dans l'environnement)

Les suites: le fréon

� Les CFC et leurs dérivés sont interdits par plusieurs protocoles internationaux depuis les années 80

� Responsables du « trou dans la couche d’ozone » (stratosphérique)

� Augmentation des cas de mélanomes dans les pays les plus exposés

Ce que l’histoire retiendra

• L'historien de l'environnement John R. McNeill a écrit que:

• « Thomas Midgley Jr (...) eut plus d’impact sur l’atmosphère qu’aucun être vivant quelconque dans l’histoire de la planète »

Mac Neil John R., 2010, Du nouveau sous le soleil. Une histoire de l’environnement mondial au XXème siècle. Ed. Champ Vallon, Coll. L’environnement a une histoire

Ce que le scientifique retient

• Ne pas se concentrer uniquement sur les performances économiques et technologiques d’une innovation – Considérer aussi ses performances environnementales (santé

et écologie)– Considérer aussi ses performances sociales (ACV sociale)

• Ne pas se concentrer uniquement sur la fabrication d’uneinnovation – Considérer aussi son devenir lors de son utilisation– Considérer aussi son devenir en fin de vie

Approche Cycle de Vie pour voir les transferts

Les transferts: entre étapes du cycle de vie

Je diminue la quantité de matériaux des chaussées avec des couches de chaussées moins épaisses

Je diminue les consommations de matériaux et l’énergie pour les produire

J’ai de moins bonnes performances mécaniques

J’entretiens plus souvent (remplacement des matériaux, consommations d’énergie…)

Balance entre impacts évités lors de l’étape de fabrication et impacts générés lors de l’étape d’utilisation

Transferts entre étapes du cycle de vie

J’utilise un matériau à base de végétaux

Je diminue les consommations de matériaux non renouvelables, et je stocke du CO2 dans mon matériau

Je cultive pour produire des matériaux bio-sourcés

J’utilise de l’énergie fossile (CO2!), j’utilise des pesticides

Jusqu'à des transferts plus complexes

J’introduis une compétition entre matériaux et nourriture pour l’utilisation des terres arables

Je provoque une augmentation des prix des produits alimentaires

Transferts entre différents impacts sur l’environnement

Transferts vers les sphères économiques et sociales

La question des innovations / améliorations technologiques

• Innovations dans tous les domaines: volonté d’améliorer les performances environnementales– Éco-technologies, éco-matériaux, éco-produits…

• Pas de définition précise de ce que sont les “éco” (technologies, matériaux, produits…)– Moins de consommations de ressources (en matière et en énergie)– Moins d’impacts sanitaires et/ou écologiques– …– …Aspects multiples des atteintes à l’environnement

• Innovation et bénéfices environnementaux ?

La PIP issue d’un constat (2003)

• La fabrication, la consommation et l'élimination des produits sont à l'origine d'un grand nombre des défis environnementaux.

– Quantités de produits sont en hausse, en partie à cause de l'augmentation du revenu disponible et de la réduction de la taille des ménages

– La rapidité de l'innovation et la mondialisation du commerce font que les produits sont disponibles dans des formes et des tailles de plus en plus nombreuses, et ils deviennent aussi de plus en plus complexes.

– Viser à réduire l'incidence environnementale d'une augmentation de la consommation. • Le cycle de vie d'un produit est souvent long et complexe.

– couvre tous les aspects en partant de l'extraction des ressources naturelles jusqu'à l'élimination finale des produits sous forme de déchets, en passant par leur conception, leur fabrication, leur assemblage, leur commercialisation, leur distribution, leur vente et leur consommation.

• Toutefois, les politiques environnementales liées aux produits qui ont été appliquées jusqu'ici ont eu tendance à :

– se concentrer sur les sources de pollution majeures, telles que les émissions industrielles ou les problèmes de gestion de déchets,

– …plutôt que sur les produits eux-mêmes et sur la manière dont ils contribuent à la dégradation de l'environnement à d'autres étapes de leur cycle de vie.

– Les mesures existantes ont aussi tendance à se concentrer de manière isolée sur certaines phases du cycle de vie.

Europe : Politique Intégrée des Produits (PIP)

• D’UNE politique spécifique ⇒ sectorisée par type d’effet environnemental

• A une politique globale sur le cycle de vie d’un produit ⇒ éviter le transfert d’un effet environnemental vers un autre

Pourquoi la PIP ?

•« la politique traditionnelle, qui se concentre sur les procédés de production, pourrait ne plus être appropriée à la réglementation dans le domaine de l’environnement »

•« l’importance du lien entre émissions, déchets & consommation a fortement augmenté ces 20 dernières années »

C’est quoi la PIP ?

APPROCHE CYCLE DE VIE

Réf : Integrated Product Policy - A study analysing national and international developments with regard to Integrated Product Policy in the environment field and providing elements for an EC policy in this area - March 1998

Qu’est-ce que l’ACV ? Ses principes ?

L’Analyse de Cycle de Vie, c’est quoi ?

Production matériaux

assemblage

Extraction matières premières

PRODUIT

Fin de vie

Utilisation

?

« Cycle »

Définition des objectifs et du champ d’étude

Analyse de l’inventaire

Évaluation de l’impact

Interprétation

Réf. ISO 14 040

Les étapes d’une ACV

Étape 1: les objectifs et le champ d’étude

• Exprimer les objectifs• Définir une unité fonctionnelle• Définir un système

Objectifs et système

Exemple de la

recette

Flux entrants : de quoi as-

t-on besoin ? Et de

combien (pour atteindre

mon objectif) ?

Objectif: que veut-

on produire ?

Processus: comment

fait-on ?

Avec quelle technologie

(matériel)?

Avec quel(s) réglage(s) ?

Système : comment le définir ?

Exemple de la

recette

Flux entrants : de quoi as-t-on besoin

(pour produire 125 g de chocolat)?

Processus: comment fait-on ?

Avec quelle technologie (matériel)?

Avec quel(s) réglage(s) ?

Flux entrants : de quoi as-t-on besoin

(pour produire 75 g de beurre) ?

Processus: comment fait-on ?

Avec quelle technologie (matériel)?

Avec quel(s) réglage(s) ?

Système: la fabrication

…jusqu’au prélèvement de quelque chose dans l’environnement

À chaque étape: quoi, combien, comment ?

+ les transports, la fabrication de l’énergie, les emballages…

Système: la vie du produit, la fin de vie du produit

• Comment sera utilisé le produit ?– Génie civil (produit = ouvrage): longue durée de vie– Combien de temps considère-t-on ?– Que se passe-t-il pendant ce temps ? Quels entretiens (quels

ingrédients, quels processus) ?

• Que deviendra le produit (ouvrage) en fin de vie ?– Comment sera-t-il démantelé ?– Que deviendront les éléments ? Recyclage, réutilisation, mise en

décharge, incinération… ?

On élabore des scénarios

Étape 2: l’inventaire de cycle de vie

• Répertorier les flux• Les quantifier

Comment porte-t-on atteinte à l’environnement ?

• En prélevant des ressources – Qui peuvent être non

(ou peu) renouvelables– Qui contribuent à

modifier/altérer les écosystèmes

• En rejetant des déchetsou des substances– Qui portent atteinte à la

santé humaine– Qui contribuent à

modifier/altérer les écosystèmes

Qu’est-ce qu’un flux ?

• Les ressources : tout ce qui est consommé par les processus– « les ingrédients de la recette », et les ingrédients de la

fabrication des ingrédients…– Les ingrédients nécessaires au fonctionnement du

processus (ex: énergie pour chauffer le four)• Les émissions: tout ce qui est rejeté par un processus

– Les substances et déchets générés à chaque étape par chaque processus

• Inventaire: la liste complète des ressources et des émissions, et leurs quantités

Étape 3: l’évaluation de l’impact de cycle de vie

• Quels effets ont les flux sur l’environnement ?• Comment peut-on quantifier ces effets ?

Indicateurs et effets sur l’environment

Facteur d’effet

Effet

Zone d’effet

Cible (état initial)

Temps

Cible (état final)

•pression : pluviométrie•état : changement de la biomasse•réponse : changement de la productivité

Indicateurs = « reflet » d’un phénomène complexe

3 types d’indicateurExemple d’une plante

Indicateurs en ACV

Facteur d’impact

Impact

Zone d’impact

Cible (état initial)

Temps

Cible (état final)

Quels sont les impacts attendus d’un facteur d’impact après un certain laps

de temps ?

Exemple d’une plante

Pourquoi des indicateurs ?

On regroupe dans un même indicateur, tous les flux qui ont le même impact

Flux de l’inventaire

Catégories d’impact

Plusieurs milliers de valeurs !

Une dizaine d’indicateurs

Effet de serre

CO2

CH4

Hypothèses fondatrices

� Hypothèse de proportionalité entre l’impact et le facteur d’impact

� Ce qui est certain: pas de facteur d’impact = pas d’impact

� Pas de pluie = la plante ne pousse pas

� Ce qui n’est pas certain: un facteur d’impact = impact

� La plante a besoin d’un substrat suffisamment riche, de soleil…

� La plante pourrait subir des évènements imprévisibles (maladie, sécheresse…)

� Impact attendus = des impacts potentiels

� Une vue générale des phénomènes principaux

� pluviométrie: pas la qualité de l’eau, pas la capacité de la plante à absorber l’eau…

� La durée est suffisamment longue

� …pour tenir compte des impacts de long terme (polluants persistants, composés radioactifs…)

� L’espace est suffisamment grand

� …pour être capable d’avoir une vision des effets à l’échelle globale

Émission de gaz à effets de serre

Potentiel de Réchauffement Global

∑=i

ii mWPPRG .

Concentration des gaz dans l’atmosphère

Effets du changement de climat

(déplacements de populations, endémie des maladies tropicales…)

Dommages sur la santé humaineDALY = disability adjusted

life years(nombre d’années de vie perdues)

Analyse des transferts et du devenir des gaz

Analyse des exposition et des effets

Analyse des dommages

PRESSION

(REPONSE) DOMMAGES

tran

spar

ence

inte

rpré

tati

on

Plusieurs sortes d’indicateurs

Quels choix d’indicateurs ?

La norme ACV (ISO 14040) ne donne :

•ni catégorie

•ni indicateurs

Une trentaine de gammes d’indicateurs différentes !

Le choix dépend :

•Des données disponibles

•De l’échelle de l’étude :

•Très grande échelle (pays, continent): indicateurs de dommages

•Petite échelle: matériau, processus: indicateurs de pression

Les catégories d’impact « classiques »

•Effet de serre•Disparition de l’ozone stratosphérique•Formation d’ozone troposphérique•Acidification•Eutrophisation•Toxicité / écotoxicité•Raréfaction des ressources

•Biologiques•Minérales•Fossiles

Étape 4: l’interprétation

• Quelles sont les données qui manquent ?• Quels sont les processus qui contribuent le plus (ou

le moins) à une catégorie d’impact ?• Quels sont les scénarios les plus (ou moins)

favorables à une catégorie d’impact ?• Comment peut-on améliorer efficacement les

performances ?

Pour conclure

ACV : une méthode intéressante

Méthode d’évaluation des impacts environnementaux d’un produit « du berceau à la tombe » (« du berceau au berceau »): à toutes les étapes de

son cycle de vie

De l’évaluation technique vers l’évaluation environnementale

Prise en compte du long terme

Fournit un cadre pour quantifier ces atteintes

Prise en compte des atteintes multiples à l’environnement

L’ACV: une méthode en évolution

� Recherche: rigueur� Améliorer la connaissance des

effets environnementaux des activités humaines

� Améliorer la méthode� les données� les indicateurs� La cohérence des résultats

� Les résultats de la recherche doivent contribuer à faire évoluer les normes à long terme

Interactions

� Normalisation: application� Donner un cadre commun aux

études ACV� Textes issus de processus de

négociations entre institutions, entreprises, scientifiques

� Compromis antre rigueur et faisabilité (technique, économique)

� Conçues afin de faciliter la mise en application à court terme

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Chaire génie civil écoconstruction

Merci

Remerciements aux mécènes de la chaire génie civil écoconstruction

Merci pour votre attention