Frontières des systèmes et phases du cycle de vie considérées

Les systèmes d'assainissement sont composés de plusieurs processus pouvant être classés selon les grandes étapes ou fonctions que les systèmes accomplissent : collecte, traitement, recyclage et processus crédités (Figure 2.1). Les processus représentent des infrastructures, des équipements et/ou du transport. Les processus et les ressources qu'ils consomment ou produisent pendant leur opération ont été inclus dans l'inventaire selon leur apport environnemental significatif et non identique entre les deux systèmes (Tableau 2.1). Cette sélection des processus et ressources significatifs a reposé sur des analyses détaillées d'études considérant des systèmes similaires (Hellstrom et al., 2008; Meinzinger, 2010; Remy, 2010; Tidåker, 2007).

Pour chaque processus retenu, les phases de construction/fabrication (extraction des matières premières, production et assemblage) et d'opération/entretien ont été considérées. Par ailleurs, les ressources humaines nécessaires pendant la construction, l'opération et l'entretien des systèmes ont été prises en considération dans l'analyse économique, mais les ressources liées à ces activités (transport, lavage pour l'entretien, etc.) ont été exclues de l'analyse environnementale, puisqu'elles sont considérées comme négligeables. La gestion des

infrastructures et équipements en fin de vie a été exclue, car elle est considérée comme négligeable sur les plans environnemental (Emmerson et al., 1995; Remy, 2010) et économique (Oldenburg, 2007).

Tableau 2.1 Processus et ressources inclus et exclus de l'inventaire des systèmes d'assainissement comparés

Inclus dans l'inventaire Exclus de l'inventaire

1. Processus (composantes techniques)

Conduites gravitaires pour les eaux usées et les eaux grises (privée et publique)

Bacs de collecte des résidus alimentaires

Système à vacuum pour les eaux noires (conduites et stations)

Collecte et transport par camion des résidus alimentaires (excepté à l'article 1)

Pompes Toilettes (excepté à l'article 1)

Installations et équipements de traitement mécanique (bâtiments, réservoirs et réacteurs)

Équipements sanitaires générant les eaux grises

Marais épurateur Déchiqueteur de résidus alimentaires Transport du digestat vers les terres agricoles Épurateur de biogaz

Réservoirs de stockage (urbain et agricole) Échangeur de chaleur

Épandeur agricole (fertilisant solide et liquide) Purificateur d'air dans les différentes installations de traitement

Appareils de mesure et de contrôle

2. Ressources consommées et produites pendant l'opération

Électricité Eau de procédé

Chaleur (eau chaude) Autres produits chimiques liés au traitement Gaz naturel Ressources liées au transport des employés Coagulant Ressources liées à l'entretien des installations Polymère Eau potable (qui alimente les toilettes et les

équipements sanitaires)

Nutriments (fertilisants organiques ou synthétiques)

Inventaire économique et environnemental 2.2

Pour chacun des processus et ressources considérés dans le champ d'étude, un inventaire économique et environnemental est réalisé. L'inventaire économique consiste à déterminer les coûts d'investissement, d'opération et d'entretien pour chaque processus d'avant-plan, tel qu'illustré au Tableau 2.1. L'inventaire environnemental comprend l'ensemble des ressources et émissions relatives aux processus d'avant-plan ainsi qu'aux processus d'arrière-plan, c'est- à-dire les processus en amont de l'opération dans le cycle de vie d'un processus d'avant-plan (extraction, production, assemblage, etc.). Les données environnementales et économiques des processus d'avant-plan ont été acquises dans la littérature scientifique et le logiciel MATTEUS v.5.11 (IREQ, 2008). Ce logiciel, qui repose sur un chiffrier MicrosoftMD _excel, permet de calculer les bilans massiques, énergétiques et économiques à la sortie de chacun des procédés de traitement dans lequel passe un effluent. Quant aux données d'arrière-plan, elles sont fournies par la base de données ecoinvent v.2.2 (ecoinvent Center, 2007) qui est reconnue pour la complétude et la transparence des données qu'elle contient (Frischknecht et al., 2005). Les données d'avant-plan de type ressource sont liées aux données d'arrière-plan correspondantes dans le logiciel SimaPro 7.3.3 (PRé Consultants, 2012). Comme il est d'usage dans une AECV de type attributionnel, les données d'avant-plan sont statiques (aucun changement au cours de la période d'étude) et représentent des valeurs moyennes typiques des processus retenus (p. ex. biodégradabilité d'une matière donnée) et des approvisionnements en ressources (p. ex. mélange énergétique pour la production électrique du réseau).

Les données environnementales et économiques d'avant-plan sont considérées comme représentatives du contexte québécois, même si certaines proviennent de certains pays européens, dont l'Allemagne (Remy, 2010; Wendland, 2008). Les données d'arrière-plan sont quant à elles représentatives du contexte européen, puisque la base de données ecoinvent a été alimentée de données spécifiques à certains pays européens ou encore de moyenne européenne. Toutefois, leur usage pour le contexte québécois est considéré comme approprié de par la similitude de la situation technico-économique propre aux pays industrialisés. Ainsi,

la qualité générale des données est jugée comme étant bonne considérant que la comparaison des systèmes est réalisée dans un cadre prospectif. Toutefois, une analyse d'incertitude semi- quantitative des données d'inventaire (avant et arrière-plan) et une analyse d'incertitude qualitative simplifiée des données d'avant-plan sont réalisées respectivement pour les articles 2 et 3.

L'inventaire des données d'avant-plan de matériaux a été réalisé en effectuant le produit entre une dimension de longueur ou de volume d'un équipement de traitement ou d'une infrastructure et un coefficient massique (kg/m et kg/m3) (IREQ, 2008; Remy, 2010). La durée de vie des équipements, des réservoirs et des conduites est respectivement fixée à 15, 25 et 50 ans (IREQ, 2008; Remy, 2010). Les ressources consommées lors de l'opération ont été calculées à partir de ratios et de modèles génériques propres au traitement des eaux usées. Les bilans en énergie thermique des équipements de prétraitement et de traitement et en ce qui concerne la production d'eau chaude par la combustion de biogaz ont été obtenus à l'aide coefficients génériques utilisés dans MATTEUS+ et d'équations relatives au transfert thermique. Les distances de transport des matériaux de construction (de l'usine de fabrication jusqu'au site où se trouvent les systèmes d'assainissement) et des fertilisants organiques (de la ville aux terres agricoles) reflètent le contexte québécois. Le calcul de la quantité de fertilisants synthétiques crédités ou ajoutés a été effectué sur la base des émissions environnementales liées à l'épandage des fertilisants organiques, la biodisponibilité relative des nutriments des fertilisants organiques et du contenu en nutriments des différents fertilisants synthétiques, ainsi que de leur part de marché respective (voir la section 4.3.3 pour plus de détails).

Les coûts d'investissement et d'opération (incluant la maintenance) d'un équipement ayant une capacité donnée ont été calculés à l'aide d'une fonction de coût incluant un facteur de mise à l'échelle permettant de refléter les économies d'échelle selon la capacité du traitement (2.1) (Ghafoori et Flynn, 2007; Laflamme, 2010).

Paramètre 2 = Paramètre 1 * (Capacité 2 / Capacité 1) Facteur de mise à l'échelle (2.1)

Tiré de Ghafoori et Flynn (2007 p.1030)

Une telle fonction de coût est également utilisée pour la détermination du coût de la station d'épuration incluse dans le système conventionnel (CCME, 2006). Les coûts d'opération et d'entretien relatifs aux infrastructures ont été calculés à l'aide de ratios appliqués aux coûts d'investissement. La valeur résiduelle des infrastructures et des équipements à la fin de leur vie utile est considérée comme négligeable. Le coût relatif au transport des fertilisants organiques vers les terres agricoles se rapporte à une grille tarifaire de camionnage en vrac (MTQ, 2010). Les nutriments contenus dans les fertilisants organiques et l'eau chaude produite par la combustion du biogaz sont considérés comme des revenus (crédits) propres au système d'assainissement qui les produit. Il est à noter que la méthode utilisée dans l'article 1 a considéré l'eau chaude comme un crédit (pour les deux systèmes), mais a imputé un coût additionnel à CONV pour les fertilisants synthétiques que ce dernier devait acquérir pour produire la même quantité de nutriments que SÉP-EN. La valeur économique associée aux nutriments et à l'eau chaude a été déterminée selon leur valeur sur le marché. Tous les éléments de coûts incluent les taxes et excluent les subventions (IREQ, 2008). D'ordre général, les coûts obtenus pour les équipements et installations sont réputés avoir une marge d'erreur de 20 %, comparables à ceux utilisés dans le cadre d'estimés préliminaires (Laflamme, 2010; Meinzinger, 2010). Ainsi, la présente analyse vise à donner un ordre de grandeur réaliste du coût impliqué dans chaque système et non à établir un coût exact sur la base de plans et devis d'une installation donnée.

Méthodes d'évaluation du coût et des impacts environnementaux potentiels 2.3

sur le cycle de vie

À partir des inventaires économique et environnemental, des méthodes d'évaluation du coût et des impacts environnementaux sur le cycle de vie sont utilisées. Alors que l'évaluation du coût est considérée comme faisant partie de la phase d'inventaire selon Swarr et al. (2011), celle-ci a été considérée séparément dans la présente thèse, afin de conserver une

concordance avec la phase dédiée à l'évaluation des impacts environnementaux potentiels de l'AECV. De plus, chaque méthode ainsi que leur combinaison réfère à un article spécifique.