Cette méthode, basée sur les caractéristiques morphologiques des zones côtières, a nécessité l’obtention des cartes bathymétriques des zones respectives. La BD LITTO3D® de l’IGN initialement recommandé n’étant pas accessible pour le grand public, les cartes utilisées pour déterminer les profondeurs moyennes (DML et Dm) ont été celles fournis par les Modèles Numérique de Terrain (MNT) des Groupement d’Intérêt Public Loire Estuaire et Seine Aval de résolution respectifs 10x10m et 5x5m. Le travail sur ces MNT de résolution très fine comparé à ceux disponible sur la BD ALTI® de l’IGN (75x75m) a permis d’obtenir des données bathymétriques précises dont l’importances se justifie par simple analyse de sensibilité de ce paramètre de profondeur dans la méthode de Håkanson et al (2008). Cette sensibilité coïncide avec la réalité du phénomène puisque une faible profondeur favorise
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à la fois l’augmentation de la température et la stagnation de l’eau. Le calcul des profondeurs moyennes a été fait en excluant les valeurs de profondeurs positives, à savoir celles au-dessus de la ligne des eaux. On entend par ligne des eaux le niveau des plus basses mers astronomiques, soit du zéro hydrographique, qui est le niveau de référence des cartes marines et annuaires de marée, qui assure ainsi au marin de disposer d’au moins autant d’eau que ce qui est indiqué sur la carte marine quelle que soit l’amplitude de la marée. Les données de longueurs (L) et de surfaces (A) ont été obtenues grâce aux outils respectifs disponibles sur ArcMap.
D’autre part, après plusieurs essais de délimitation de baie en accord avec l’approche dite par « goulot d’étranglement » de Pilesjö et al., 1991, le choix des masses d’eau de transition, c’est avéré être un bon compromis. Ce compromis croise les intêrets de l’approche préconisé par Pilesjö et al. (1991) avec ceux de vouloir établir une corélation avec la méthode ex-post, qui elle-même base les calculs de sensibilité des zones cotières sur les masses d’eau cotière et de transition. Par défintion de l’ONEMA, ces masses d’eau sont situées à proximité des embouchures de rivières ou de fleuves et sont par conséquent, partiellement salines, mais restent fondamentalement influencées par les courants d’eau douce.
Les résultats finaux des facteurs de sensibilité à l’eutrophisation des eaux côtières pour les 3 secteurs hodographiques selon les méthodes ex-ante et ex-post sont donnés dans le tableau 8.
FS marin - méthode ex-ante FS marin - méthode ex-post (Source : Annexe 10)
Secteur H2 0,43 0,15
Secteur K6 0,34 0,45
Secteur M8 0,34 0,63
Tableau 8 : Facteurs de sensibilité des eaux côtières à l’eutrophisation selon les méthodes ex-ante et ex-post
III.2. Calcul du devenir des nutriments
Le calcul devenir de N et P du secteur d’émission aux eaux de surface est calculé grâce aux modèles Nutting’N et Nutting’P. Leur obtention passe par une agrégation à la maille considérée, c’est-à-dire par secteur hydrographique. Nutting fournissant des données par zone hydrographique, l’agrégation des données des zones d’un même secteur tout en pondérant par la surface de chaque zone est nécessaire pour obtenir les facteurs de devenir..
Les résultats (Tableau 9) montrent des FD(P) très faible, ce qui signifie que le phosphore est en très partie retenu par le compartiment sol des secteurs. Ainsi, 8% du phosphore total émis en H2 se retrouve dans en eaux de surface du secteur pour potentiellement participer à l’impact eutrophisation d’eau douce. Les secteurs hydrographique retiennent moins les nitrates, peut-être déjà chargé en ces éléments, et relarguent ainsi près de la moitié des nitrates émis dans ces secteurs.
FD(P) FD(N) secteur littoral FD(N) secteur continental
Secteur H2 0,08 0,50 0-0,50
Secteur K6 0,18 0,52 0-0,52
Secteur M8 0,29 0,40 0-0,40
Tableau 9 : Facteurs de devenir des impacts eutrophisation d’eau douce (P) et marine (N) selon la méthode ex-ante La distinction faite entre secteur littoral, où l’azote est directement rejeté dans le compartiment de devenir, et secteur continental, où une étape de trajet dans le réseau hydrographique est à prendre en compte, amène à réaliser une analyse de sensibilité du facteur de devenir des nitrates sur l’impact eutrophisation marine. Les résultats de cette analyse sont présentés dans la partie qui suit.
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IV. Résultats d’impacts et discussions
La modélisation de la filière existant déjà, seule l’implémentation de la méthode ex-ante appliquée aux 3 secteurs hydrographiques a été réalisé. L’implémentation de la méthode ex-post a déjà fait l’objet d’un stage (Giraud, 2015). L’implémentation de la méthode ex-ante sous le logiciel ACV GaBi consiste à saisir les facteurs de caractérisation (FC) des molécules impliquées dans l’impact eutrophisation, notamment les nitrates et les phosphates. Au total, c’est 16 molécules qui sont répertoriées comme eutrophisantes mais uniquement les molécules d’ammoniac, de protoxyde d’azote, de nitrate et de phosphates sont émises par la filière méthanisation (Tableau 6). Il existe par conséquent un FC par secteur et par substance.
Le logiciel GaBi est utilisé pour obtenir les résultats des 3 méthodes (CML, ex-post et ex-ante) sur les 3 scénarii d’épandage du compost.
IV.1. Résultats comparatifs des approches et interprétations
Les méthodes ex-ante et ex-post montrent des similitudes et des disparités quant aux résultats d’impacts eutrophisation d’eau douce et marine. Les impacts eutrophisation marine des deux méthodes sont majorés par la méthode CML (Figure 27). La spatialisation permet de réduire de près de moitié l’impact eutrophisation marine. Il en est de même pour les impacts eutrophisation d’eau douce réduit de presque 100% par rapport à CML grâce à la spatialisation (Annexe 13).
Figure 27 ; Représentation de l’impact eutrophisation marine des différents scénarii selon les méthodes ex-ante (à gauche), ex-post (au milieu) et CML (à droite)
Premièrement, la méthode ex-post amène à des impacts eutrophisation marine plus élevés que la méthode ex-ante. En effet, en moyennant les impacts des scénarii obtenus avec l’une et l’autre des méthodes, il apparait que les impacts eutrophisation marine sont 2 fois plus élevés avec la méthode ex-post (Figure 27). L’écart est encore plus conséquent en ce qui concerne les impacts eutrophisation d’eau douce où la méthode ex-post amène à des résultats 2 à 24 fois plus élevés selon les scénarii (Figure 28). 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 ex-ante ex-post CML kg e q . p h o sp h ate
Impact eutrophisation marine
pas export export amont export hors BV
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Figure 28 : Représentation de l’impact eutrophisation d’eau douce des différents scénarri selon les méthodes ex-ante (à gauche) et ex-post (à droite)
D’autre part, ces 2 méthodes présentent une corrélation en faveur d’un export quant à la diminution de l’impact eutrophisation d’eau douce. Quel que soit l’approche utilisée, cet impact diminue de 80% dans le cas d’une exportation du compost en amont ou hors BV (Figure 29). Les 2 méthodes s’accordent par conséquent à dire que une exportation du compost permet de réduire l’impact eutrophisation d’eau douce de la filière méthanisation sur son territoire.
Figure 29 : Représentation des contributions des différents scénarii pour les impacts eutrophisations d’eau douce selon les méthodes ex-ante (à gauche) et ex-post (à droite)
Cependant, cette tendance n’est pas notée pour l’impact eutrophisation marine. En effet, la méthode ex-ante ne montre aucune variation liée à l’exportation du compost tandis que la méthode ex-post corrèle l’exportation du compost à une diminution de l’impact eutrophisation marine (Figure 30). Cette diminution liée à la méthode ex-post, ne peut cependant être considérée comme significative du fait de l’incertitude de la méthode de calcul.
0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 scénario kg e q . p h osp h ate
Impact eutrophisation eau douce (ex-ante) pas export export amont export hors BV 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 scénario kg e q . p h o p sh ate
Impact eutrophisation eau douce (ex-post) pas export export amont export hors BV 0% 20% 40% 60% 80% 100% scénario % n iv e au r e latif
Impact eutrophisation eau
douce (ex-ante)
pas export export amont export hors BV 0% 20% 40% 60% 80% 100% scénario % n iv e au r e latifImpact eutrophisation
eau douce (ex-post)
pas export export amont export hors BV
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Figure 30 : Représentation des contributions des différents scénarii pour les impacts eutrophisations marines selon les méthodes ex-ante (à gauche) et ex-post (à droite)
Cette non variation de l’impact eutrophisation marine selon les scénarii d’épandage du compost, et ceux qu’elle que soit la méthode, suppose que le flux majoritairement responsable de cet effet existe quel que soit le scénario d’épandage. Afin d’identifier cette étape commune aux scénarii, les résultats sont représentés avec la répartition des impacts selon les étapes du cycle de vie de la filière méthanisation (Figure 31). Les méthodes sont représentées en prenant le plus scénario le impactant à 100% de contribution. La contribution des 2 autres scénarii est alors exprimée par rapport au scénario le plus impactant. La représentation en valeur absolue fournie en Annexe 14 montre la même hiérarchie des scénarii pour les impacts eutrophisation marines mais ne permet pas de laisser apparaitre les impacts eutrophisation d’eau douce trop faible.
0% 20% 40% 60% 80% 100% ex-ante ex-post % n iv e au r e latif
Impact eutrophisation marine
pas export export amont export hors BV
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Figure 31 : Répartition des impacts de la filière méthanisation territoriale par étape du cycle de vie (en % relatif) La répartition des impacts de l’étape de valorisation du digestat fourni les détails supplémentaires d’impacts. Ainsi l’étape majoritairement responsable de l’impact eutrophisation marine est l’étape de compostage (fermentation) tandis que l’étape d’épandage du compost est majoritairement responsable de l’impact eutrophisation d’eau douce. En effet, le compostage est identifié comme l’étape du cycle de vie engendrant la plus d’émissions de substances azotées tandis que les émissions de substances phosphorées sont responsables de l’impact eutrophisation d’eau douce de l’épandage du compost. Il n’y a pas de perte de substances phosphorées lors de la dégradation aérobie du digestat lors du compostage.
Au vu des résultats de répartition d’impact, la corrélation liant les 2 méthodes ex-post et ex-ante à une diminution de l’impact eutrophisation d’eau douce dans le cas d’exportation du compost est associé à une diminution de l’impact lié à l’épandage du compost. Cette diminution s’explique par la sensibilité aux phosphates plus faibles que présente les secteurs d’épandage du compost pour les scénarii d’export. 0% 20% 40% 60% 80% 100% pas export export amont export BV pas export export amont export BV pas export export amont export BV pas export export amont export BV impact eutroph. Marine ex ante
impact eutroph. Eau douce ex ante
impact eutroph. Marine ex post
impact eutroph. Eau douce ex post CML CML N CML P % n iv e au r e latif
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Paradoxalement, il advient que l’exportation du compost est favorable à la limitation de l’impact eutrophisation d’eau douce tandis que la phase de compostage, préliminaire à celle d’épandage, est la cause majoritaire d’un impact eutrophisation marine, et ceux sur un territoire donné.
Résultats liés à l’analyse de sensibilité du facteur de devenir de l’azote sur l’impact eutrophisation marine :
L’erreur d’impact eutrophisation marine (Figure 27) calculée pour les scénarii d’export avec la méthode ex-ante porte sur la variation du facteur de devenir de l’azote entre le secteur amont d’émission et exutoire aval par analyse de sensibilité. L’écart type est calculé entre les impacts obtenus avec 0 et 100% du facteur de devenir de l’azote du secteur amont d’émission. La valeur d’impact prises comme référence est celle correspondant à 50% du facteur de devenir de l’azote. L’analyse de sensibilité portant sur le devenir des nutriments azotés entre le secteur continentale d’émission et le secteur littoral de devenir montre une faible variation de l’impact eutrophisation marine. En effet, les écarts type à la moyenne sont de 4 et 6% pour un export respectif du compost en amont ou hors BV. On en déduit que, dans ce cas précis, ce facteur n’influence pas significativement l’impact eutrophisation marine à l’exutoire.
IV.2.Avantages et incovénients des deux méthodes
Les méthodes de caractérisations ex-post et ex-ante sont prometteuses dans le sens où elles proposent chacune de spatialiser l’ACV par la prise en compte du devenir des nutriments, pour ex-ante, et la sensibilité du milieu récepteur, pour ex-ante et ex-post. Cependant, chacune présente des avantages et des limites.
Les deux inconvénients majeurs que l’on peut noter sont :
- le temps nécessaire à l’implémentation de l’approche ex-ante - le manque d’un facteur de devenir dans l’approche ex-post Méthode ex-post
Le facteur de sensibilité de l’eutrophisation d’eau douce se base sur une méthode empirique de mesure de radiances obtenues à partir d’image satellitaires. Ces mesures peuvent être interférées par de nombreux effets dues à l’agitation permanente des eaux côtières (courant, marrée, tempêtes) et aux substances organiques dissoutes colorées véhiculées dans le panache des fleuves.
La méthode ex-post base sa prise en compte de la sensibilité des milieux sur un unique facteur biologique, symptôme de l’eutrophisation. Or, un impact environnemental tel que l’eutrophisation survient lorsqu’il y a rejet de nutriment dans un milieu prédisposé. La sensibilité calculée par cette méthode se basant sur la concentration en chlorophylle a, il ne s’agit pas d’une prédisposition du milieu mais d’une occurrence du phénomène. Elle n’est pas évaluée de par les critères qui font que l’eutrophisation peut survenir mais sur le fait que l’eutrophisation existe déjà et peut donc augmenter. Une sensibilité nulle est alors accordée aux milieux disposant de l’ensemble des prédispositions (faible profondeur, exposition soleil, température, faible mouvance des eaux …) mais ne présentant encore aucune croissance de photopigment. La comparaison de la concentration en pigment photosynthétique aux prédispositions de l’écosystème à devenir eutrophe peut être une solution d’amélioration pour la prise en compte de la sensibilité du milieu à ce phénomène.
Un avantage incontestable de cette méthode est qu’elle permet de prendre en compte la dimension spatiale à un niveau de résolution élevé, celle des secteurs hydrographiques. Cependant, il peut y avoir dilution artificielle des émissions. En effet, plus la maille spatiale est large, plus les données sont
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diluées spatialement. Ce niveau de précision géographique implique également une désagrégation de l’inventaire de donnée à l’échelle local.
Un autre avantage en termes de communication et d’aide à la décision est qu’elle peut être appliquée à l’Europe entière de manière rapide et efficace, sans gros problème de collecte de données (projet européen de surveillance PREVIMER).
Les limites de la méthode ex-post réside dans :
- l’hypothèse linéaire distance-impact pour la sensibilité du milieu côtier à l’eutrophisation à prouver par l’utilisation d’un modèle ou par analyse de sensibilité sur le type de formule utilisé.
- la détermination des seuils de concentration Méthode ex-ante
Elle demeure plus compliquée à mettre en œuvre de par les données qu’elle requière. Cependant, ses facteurs de sensibilités prennent en compte plus de critères d’apparition du phénomène d’eutrophisation et colle donc plus à la réalité du phénomène. Du fait que ces critères soient hydromorphologiques et bathymétriques, pour la sensibilité des eaux côtières, le temps n’apparait pas comme une variable significative. La sensibilité des eaux de surfaces se base néanmoins sur de critère pouvant varier temporellement (ombrage, étagement), d’où la nécessité de mettre à jour les données.
D’autre part, la méthode ex-antre présente l’avantage d’intégrer un facteur de devenir explicite. Les modèles Nutting étant viables et récent, seule une couverture encore partielle du modèle sur l’ensemble des zones hydrographiques françaises peut être reproché.
La difficulté de définition de la zone côtière dans le cas d’une zone très large tel que la baie de Seine constitue également une limite. Le choix de se baser sur les masses de transition pouvant être remis en cause au cas part cas.
La méhode ex-ante peut etre utilisé, aussi bien à l’échelle d’un secteur hydrographique que d’un bassin versant (Dupont, 2015). Cela en fait une méthode d’appréciation de l’impact eutrophisation à l’échelle local, utilisable dans le cas d’ « enjeu eutrophisation » local majeur, comme c’est le cas avec la mise en place d’une filière méthanisation.
D’un point de vue générale, la méthode ex-ante demande plus de ressources de part le temps et les données spécifiques qu’elle recquière.
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IV.3. Perspectives
IV.3.1. Le devenir des émissions azotées atmosphériques
Les méthodes ex-post et ex-ante présentent des perspectives communes, comme celle de prendre en compte le devenir des émissions d’azote atmosphériques. Actuellement, les deux méthodes estiment un facteur de devenir des émissions d’azote atmosphériques égal à 1. Dans ce cas, l’hypothèse est que les émissions atmosphériques retombent sur le secteur d’émission. Pour affiner cette hypothèse dite « forte », le recours à un modèle de devenir atmosphérique tel que RAINS (Amann et al., 1999) est une perspective d’amélioration.
IV.3.2. L’évaluation des incertitudes
Une autre perspective possible porte sur l’évaluation de l’incertitude de chacune des méthodes qui validerai leur bienfondé respectif. En effet, la spatialisation de l’ACV passe par une agrégation de facteurs (sensibilité/devenir) et par conséquent, une perte de variabilité : Le gain de précision obtenu en spatialisant le facteur de caractérisation surpasse-t-il les incertitudes liées à l’agrégation de ce nouveau facteur ? C’est cette question qui taraude les ACVistes. Qu’il s’agisse de la méthode ex-post ou ex-ante, on distingue deux origines d’incertitudes : celles liées aux données d’entrée et celles liées à la méthode elle-même.
Les incertitudes liées aux données d’entrées peuvent peut être quantifiées à plusieurs conditions :
- les paramètres de la méthode doivent être indépendants (il ne doit pas exister de lien entre les paramètres mis en jeu)
- Plusieurs séries de données des paramètres dont on souhaite évaluer l’incertitude sont disponibles
- La loi probabilité associé à ces paramètres (loi normale, universelle …) est connue. Dans ce cas, la méthode de Monte Carlo peut être appliquée pour déterminée l’incertitude des paramètres un à un. Monte Carlo permet de réaliser automatiquement un grand nombre de tirage aléatoires dans les distributions de probabilité déterminés précédemment, afin de trouver une valeur et ainsi d’établir la probabilité d’occurrence de chacun des résultats. La connaissance de ces incertitudes liées aux données d’entrée sur les résultats de l’évaluation permet de définir un intervalle de confiance pour chaque donnée d’entrée. Ainsi, les données d’entrées devront être dans cet intervalle de confiance pour limiter l’incertitude qu’elles portent sur les résultats d’impacts. Qu’il s’agisse de la méthode ex-post ou ex-ante, très peu de variables sont indépendantes (ex : profondeur moyenne fonction de la surface). L’analyse de Monte- Carlo n’est donc pas adaptée pour déterminer l’incertitude de ces paramètres. Cette méthode peut néanmoins être possible pour les paramètres, tels que l’ombrage, dont on peut supposer l’indépendance. Pour déterminer l’incertitude des paramètres non indépendants, il est possible de faire varier un paramètre en cohérence avec les autres. Pour cela, la mise en place de relations entre chaque paramètre est nécessaire.
Dans une autre mesure, il est possible d’utiliser la temporalité pour le cas des paramètres variant dans le temps (ex : concentration en chlorophylle a). Il est en effet possible d’obtenir des concentrations en chlorophylle a annuelle, voire mensuelle grâce à PREVIMER. Chaque série de données (par mois ou pas année) est alors à l’origine d’un FS. La variabilité de ce FS est évaluée par établissement d’un écart type nous permettant d’évaluer l’incertitude liée à cette donnée sous l’effet du temps.
Les incertitudes liées à la méthode peuvent être évaluée en modifiant un paramètre de la méthode (ex : seuils FS eau douce) et en regardant si cela crée un changement au niveau des résultats, à la façon d’une analyse de sensibilité. Cela est applicable aux deux méthodes ex-ante et ex-post dont certains critères semblent discutables.
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Pour l’exemple des seuils FS eau douce de la méthode ex-post, il faut alors faire varier les valeurs des seuils entre deux extrêmes (obtenus après recherche dans la littérature) grâce à la méthode Monte Carlo soit avec une loi de probabilité (normale, uniforme..) soit avec une loi normale tronquée aux extrêmes précédemment trouvés dans la littérature. L’influence de ce changement sur FC est alors évalué afin d’obtenir plusieurs FC permettant de calculer un écart type. Plus l’écart type est faible et plus les valeurs sont proches et donc peu incertaine. Cette évaluation de l’influence des