2.2 Améliorations apportées à la fiabilité des outils
2.2.1 Mise à jour des méthodes de caractérisation
2.2.1.1 Principe des méthodes de caractérisation
Les facteurs de caractérisation convertissent une émission de substance ou une consommation de ressource en impacts selon des indicateurs environnementaux. Ces facteurs de caractérisation sont issus de méthodes de caractérisation construites à partir de modèles environnementaux qui décrivent les mécanismes d’impacts des flux de substances et de ressources. Ces mécanismes comprennent la dégradation d’une substance émise et une suite de processus physico-chimiques dans le temps qui aboutissent finalement à des dommages sur une ou plusieurs aires de protections.
Niveaux midpoint et endpoint
Les processus physico-chimiques intermédiaires sont appelés les effets de niveau
midpoint et les dommages les effets de niveau endpoint. Un indicateur de niveau midpoint
est souvent exprimé en équivalent d’une substance de référence tandis qu’un indicateur de niveau endpoint exprime des dommages potentiels. Une catégorie d’impact comme le changement climatique est décrite par un indicateur de niveau midpoint et un ou plusieurs
15https://brightwaylca.org/
indicateurs de niveau endpoint. La illustre ce cheminement, de l’inventaire des flux élémentaires jusqu’au niveau endpoint en passant par le niveau midpoint.
Figure 2.6 - Schéma illustratif des étapes de l’inventaire à la caractérisation des impacts au niveau des midpoints puis des endpoints
Aires de protection
Trois aires de protection sont communément admises en ACV : la santé humaine, la qualité des écosystèmes et les ressources naturelles. Une aire de protection est composée de deux types de valeurs à protéger : les valeurs fonctionnelles, qui s’inscrivent dans un point de vue utilitariste ou anthropocentré, et des valeurs intrinsèques de protection des vies (humaines ou non) et des objets. Dans la réalité, certains phénomènes peuvent impacter à la fois des valeurs intrinsèques et fonctionnelles, et plusieurs aires de protection en même temps comme nous allons le voir dans la suite. Une description résumée des trois aires de protection est donnée dans le Tableau 2.2.
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Tableau 2.2 – Description résumée des différentes aires de protection
Aire de protection Contribution aux dommages Type de dommages
Santé humaine Changement climatique, destruction de la couche d’ozone stratosphérique, création d’ozone photochimique, radiation ionisante, toxicité cancérigène, toxicité non-cancérigène, particules inorganiques, disponibilité en eau
Années de vie perdues en bonne santé (DALY)
Environnement naturel
Changement climatique, destruction de la couche d’ozone stratosphérique, création d’ozone photochimique, radiation ionisante, acidification, eutrophisation, écotoxicité, transformation et usage des sols, dessiccation, salinisation, disponibilité en eau, micro-plastiques16
Nombre d’espèces potentiellement disparues (PDF)
Ressources naturelles
Ressources minérales, combustibles fossiles, disponibilité en eau, bois, poissons, autres services écosystémiques : production primaire, pollinisation, etc.
Quantité de
ressources épuisées définitivement et/ou coût monétaire pour la société
La santé humaine est caractérisée par une valeur intrinsèque de durée de vie en bonne
santé, et une valeur fonctionnelle liée au travail et à la productivité qu’elle peut offrir. L’indicateur le plus généralement utilisé en ACV est basé sur le concept d’« années de vie perdues en bonne santé », ou Disability Adjusted Life Years (DALY) en anglais. Le DALY évalue uniquement les dommages causés à la valeur intrinsèque d’une vie humaine en mesurant à la fois la quantité et la qualité de vie perdues sans pondération par l’âge. Un indicateur DALY est la somme pondérée des années de vie perdues et des années de vie en mauvaise santé engendrées par la gravité d’un trouble.
Quelques aspects de la méthode de calcul sont toujours sujets de discussions :
le caractère handicapant d’un trouble dont le jugement est subjectif, évalué par des experts et/ou les personnes concernées ;
les données statistiques utilisées dans la construction de la méthode de caractérisation et leur validité limitée dans le temps et dans l’espace au regard de l’état et de l’évolution des systèmes de soins dans certaines régions ;
le faible niveau de fiabilité pour certaines substances caractérisées en ACV à cause de données manquantes.
Néanmoins, l’approximation de ces aspects reste acceptable étant donné la très forte incertitude qui réside dans le contexte dans lequel une émission d’arrière-plan a lieu : l’exposition des populations, la forme dans laquelle se trouvent les substances (p.ex. métaux), la distance du cours d’eau le plus proche, le climat, l’âge des personnes, le type de cancer, etc. Une meilleure considération du contexte d’émission pourrait reposer entre autres sur le développement d’ACV spatialisées plus précises.
L’aire de protection de l’environnement naturel vise à protéger les fonctions et la
stabilité structurelle des écosystèmes qui composent la biosphère. Un écosystème est un système complexe dans lequel des organismes vivants (la biocénose) produisent des échanges d’information, d’énergie et de matière (notamment par l’intermédiaire de réseaux trophiques ou chaînes alimentaires), entre eux et avec leur environnement (biotope) sur une échelle spatiale donnée. Les fonctions d’un écosystème sont les processus biologiques qui, en son sein, permettent son fonctionnement, son entretien et sa résilience, le tout dans un équilibre dynamique. Parmi ces fonctions, il y a par exemple la production de biomasse, la minéralisation, la pollinisation par certaines espèces (abeilles, papillons, colibris, chauves- souris…) ou encore l’élimination des déchets organiques par les détritivores (lombric, bousiers…) qui permet l’enrichissement du sol en nutriments. Les écosystèmes sont d’une telle complexité qu’il est difficile d’évaluer les effets négatifs ou positifs sur la stabilité de leur structure et de leurs fonctions. En ACV, la biodiversité des espèces est donc généralement utilisée au niveau endpoint pour évaluer les dommages causés à la qualité des écosystèmes car elle est positivement corrélée à la qualité de structure et des fonctions d’un écosystème. La perte de biodiversité est mesuré par la part d’espèces potentiellement
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disparues ou Potentially Disappeared Fraction of species (PDF) en anglais. La mesure est un potentiel à l’échelle globale exprimée en PDF.m².an. Cette valeur peut être divisée par l’aire d’une région et une période temporelle pour y obtenir la fraction d’espèce disparue (PDF). En connaissant la densité d’espèce, il peut ensuite être calculé le nombre d’espèces disparues durant la période donnée. Dans une application usuelle de l’ACV, l’inventaire des flux n’est pas spatialisé et l’expression du potentiel global des dommages en PDF.m².an est conservée.
L’aire de protection des ressources naturelles vise à protéger la disponibilité en
ressources biotiques et abiotiques. Les ressources biotiques sont généralement renouvelables mais limitées en flux et concernent par exemple tous les végétaux, le bois, les poissons, mais il convient de protéger également les terres arables, l’eau, etc. Les ressources abiotiques sont généralement non renouvelables et regroupent les minerais, le pétrole, le gaz et le charbon. Cette aire de protection anthropocentrée concerne la raréfaction, voire la disparition des ressources ainsi que la stabilité des fonctions des écosystèmes utiles aux sociétés humaines, ces dernières étant aussi appelées « services écosystémiques ». La protection des ressources naturelles est fortement liée aux aires de protection de la santé humaine et de la qualité de l’environnement naturel pour plusieurs raisons. D’abord, car l’extraction de ressources peut directement affecter un écosystème et les humains qui y vivent comme la surpêche (qui peut entraîner un manque de nourriture pour les populations humaines et animales locales), la déforestation et l’usage intensif de l’eau et des sols. Par ailleurs, des dommages à l’environnement naturel peuvent nuire à sa capacité à fournir des services écosystémiques, et s’il s’agit de services vitaux aux humains les trois aires de protections peuvent être touchées en même temps. Les services écosystémiques sont multiples et concernent l’approvisionnement (nourriture, combustibles, matériaux, médicaments), les services de régulation (du climat, des pathogènes, la pollinisation), les services socio-culturels (esthétique, spirituels, récréatifs, éducatifs) et les services de supports qui soutiennent les autres services (production primaire, cycles de l’eau et du carbone, formation des sols). Certains indicateurs de niveau
endpoint caractérisent les dommages causés à cette aire de protection à travers la
de pollinisation des insectes, essentiel à la production agricole, vaudrait en France 2,3 à 5,3 milliards d’euros17. Il n’existe pour le moment pas encore de méthode de niveau endpoint suffisamment complète (prenant en compte à la fois les ressources minérales, fossiles, l’eau, le bois, les poissons) et mature pour être recommandée par l’ILCD. La majorité des méthodes développées au niveau midpoint et endpoint concernent l’épuisement des ressources abiotiques (ressources minérales et fossiles) et l’usage de l’eau (European Commission - Joint Research Centre - Institute for Environment and Sustainability, 2011).
Exemple du changement climatique
La catégorie d’impact du changement climatique est présentée à titre d’exemple avec sa chaîne de cause à effet illustrée à la Figure 2.7. L’émission de gaz à effet de serre s’ajoute à la concentration existante dans l’atmosphère et renforce le phénomène de forçage radiatif qui va réchauffer l’atmosphère et créer des changements climatiques : hausse globale des températures, événements météorologiques extrêmes plus fréquents et intenses, fortes précipitations et sécheresses.
Le GIEC fournit et met régulièrement à jour des indicateurs d’impact du changement climatique (IPCC, 2013). Le « potentiel de réchauffement global sur 100 ans » (Global
Warming Potential ou GWP100) est un indicateur qui traduit l’effet du forçage radiatif
intégré sur 100 ans. Le « potentiel de température globale sur 100 ans » (Global
Temperature Potential ou GTP100) est un autre indicateur qui représente un potentiel de
changement de température. Bien que le GTP100 peut être assimilé au potentiel cumulé de réchauffement sur le long terme et que le GWP100 représente un réchauffement rapide à plus court terme, ces deux indicateurs sont complémentaires au niveau midpoint où ils sont tous deux exprimés en équivalent de CO2 (Bulle et al., 2019). Au niveau endpoint, peuvent
être définis des indicateurs de court et long terme qui expriment des dommages sur la santé humaine et l’environnement naturel en DALY et en PDF respectivement. Ces dommages sont dus à plusieurs effets simultanés : l’atteinte aux fonctions des écosystèmes dont une
17 https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/sites/default/files/Th%C3%A9ma%20-%20Efese%20-
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diminution de la production primaire nette de biomasse, des changements de biomes (climats et qualité des sols) avec le déplacement voire la disparition d’espèces animales et végétales, et l’augmentation des feux de forêts et incendies naturels. Concernant la santé humaines les conséquences peuvent être : la malnutrition avec une perte des qualités nutritionnelles des récoltes, des inondations plus fréquentes et intenses, la propagation de maladies infectieuses comme le paludisme et la dengue dans de nouvelles régions, et les effets liés à des vagues de chaleurs plus fréquentes et intenses.
Figure 2.7 – Mécanismes environnementaux du changement climatique. Adapté de European Commission - Joint Research Centre (2011)
2.2.1.2 Critères de sélection de méthodes de caractérisation
L’ILCD Handbook : Framework and requirements LCIA models and indicators décrit plusieurs critères d’évaluation pour choisir une méthode de caractérisation (European Commission et al., 2011):
L’exhaustivité des effets pris en compte. Par exemple, est-ce que le modèle de caractérisation couvre une majorité des mécanismes environnementaux et des flux élémentaires les plus pertinents au regard des aires de protection ?
La pertinence environnementale. Est-ce que tous les mécanismes environnementaux implémentés reflètent les dernières connaissances scientifiques disponibles ?
La robustesse et la certitude scientifique. Par exemple, est-ce que les incertitudes du modèle ont été identifiées et décrites ?
La documentation, la transparence et la reproductibilité. Par exemple, est-ce que le modèle est documenté et les facteurs de caractérisation sont publiés et accessibles ? L’applicabilité. Est-ce que la méthode est directement applicable par le praticien en
ACV dans la plupart des logiciels d’ACV ?
Les indicateurs de niveau endpoint sont en général plus incertains que ceux de niveau
midpoint pour plusieurs raisons. Les mécanismes environnementaux à prendre en compte
sont plus nombreux et complexes car situés en aval de la chaîne de cause à effet. Certains de ces mécanismes ne disposent pas encore d’une modélisation suffisamment fiable. Néanmoins, l’adoption d’un ensemble d’indicateurs endpoints permet une modélisation plus complète des impacts, même si certains indicateurs sont individuellement peu précis il peut être favorable d’améliorer l’exhaustivité de l’ensemble de l’évaluation. Afin de minimiser ces incertitudes et d’éviter le double comptage, il est recommandé d’employer des indicateurs de niveau endpoint qui proviennent tous d’une même méthodologie telle que ReCiPe (Huijbregts et al., 2017) ou Impact World+ (Bulle et al., 2019).
2.2.1.3 Implémentation de la méthode Impact World+
Au regard des critères de sélection présentés ci-avant et faute de temps pour intégrer les deux méthodes, la méthodologie Impact World+ (Bulle et al., 2019) a été retenue pour ces travaux. Elle présente l’avantage d’être très récente donc plus représentative des connaissances scientifiques actuelles. Elle propose également un ensemble cohérent et varié d’indicateurs de niveau midpoint et endpoint dont de nouvelles catégories d’impacts. Enfin, elle est facilement utilisable car ses données sont ouvertes et disponibles avec la
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librairie Brightway2. Elle présente toutefois l’inconvénient de pouvoir comporter des erreurs ou des oublis étant donné le manque de maturité de son implémentation pour Python. Il sera donc nécessaire à l’avenir de suivre régulièrement les mises à jour et de les intégrer à la base de données.
Un autre avantage d’Impact World+ est de proposer une diversité d’indicateurs de niveau endpoint qui permettent de calculer des impacts totaux sur la qualité des écosystèmes et la santé humaine qui sont plus fiables que les méthodes initiales utilisées dans EQUER. Les indicateurs de niveau endpoint de la base de données initiale d’EQUER provenaient de la méthodologie Eco-indicator 99 (EI99) (Goedkoop et Spriensma, 2001) qui date de presque 20 ans. Moins de catégories d’impacts de niveau endpoint sont représentées dans EI99 en comparaison avec Impact World+, en particulier en ce qui concerne la qualité des écosystèmes où seule l’écotoxicité terrestre et aquatique est prise en compte contre plus d’une dizaine de phénomènes environnementaux dans Impact World+. Cette comparaion est donnée dans le Tableau 2.3 et le jeu d’indicateurs qui a été retenu est donné dans le Tableau 2.4. Les indicateurs « ETB » correspondent à des aggrégations de flux d’inventaire pour estimer les quantités de déchets inertes et radioactifs.
Impact World+ propose certaines catégories disponibles en deux indicateurs différents, l’un dont l’impact est intégré sur un horizon de court terme (100 ans) et l’autre à long terme (> 500 ans). Dans ce cas, les indicateurs de court terme sont choisis par défaut car c’est l’approche la plus similaire à celle des indicateurs initiaux. Toutefois, une étude de sensibilité des impacts d’un bâtiment calculés avec les deux approches serait intéressante. Les indicateurs retenus sont détaillés dans la suite.
Le changement climatique provient de la méthode IPCC 2017. L’indicateur d’énergie primaire non renouvelable et renouvelable de la méthode CED est conservé. Les indicateurs développés spécialement pour EQUER (par exemple concernant les déchets et les déchets radioactifs) sont conservés à l’exception de l’indicateur d’eau consommée qui est remplacé par celui d’Impact World+. Deux indicateurs midpoint d’effets respiratoires et d’occupation des sols sont ajoutés pour représenter les problématiques de pollution de l’air et d’artificialisation des sols.
Les indicateurs endpoint des dommages totaux sur la qualité de l’écosystème et la santé humaine sont obtenus en calculant la somme des effets endpoint indiqués dans le Tableau 2.3. Une analyse de contribution est donc possible en désagrégeant ces indicateurs. Bulle et al. (2019) ont réalisé une ACV des activités anthropogéniques globales et ont montré une contribution dominante du changement climatique et des effets respiratoires dans les dommages à la santé humaine contre une faible contribution de la radiation ionisante, de la destruction de la couche d’ozone et de l’ozone photochimique. Dans les dommages aux écosystèmes, le changement climatique et l’usage des sols (occupation et transformation) ont une contribution dominante. Une application menée sur un projet urbain a par ailleurs montré la prédominance de la toxicité, cancérigène et non cancérigène dans les dommages à la santé et le rôle important de l’eutrophisation et de l’acidification dans les dommages aux écosystèmes (Cohen et al., 2019).
L’indicateur d’épuisement des ressources ne couvre que les ressources minérales et non les ressources fossiles (charbon, gaz, pétrole) contrairement à l’ancien indicateur. Cela peut être justifié par le fait qu’il existe un indicateur de consommation d’énergie primaire qui prend déjà en compte ces ressources fossiles. Pour plus de détails sur la méthodologie et ses méthodes de caractérisation, les lecteurs peuvent se référer à l’article de Bulle et al. (2019) et ses documents annexes.
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Tableau 2.3 – Catégories d’impact considérées au niveau endpoint dans la version initiale d’EQUER et dans l’implémentation d’Impact World+
Aire de protection
Catégories endpoint initiales (Eco- indicator 99)
Catégories endpoint de Impact World+
Qualité des écosystèmes
Écotoxicité terrestre et aquatique Eutrophisation aquatique et marine Acidification terrestre, aquatique et marine
Écotoxicité aquatique Radiation ionisante Changement climatique Occupation des sols Transformation des sols Pollution thermique marine Disponibilité en eau, écosystèmes terrestre et aquatique
Santé humaine Changement climatique
Destruction de la couche d’ozone Radiation ionisante
Effets respiratoires Effets cancérigènes
Changement climatique
Destruction de la couche d’ozone Ozone photochimique Radiation ionisante Effets respiratoires Effets cancérigènes Effets non-cancérigènes Disponibilité en eau
Tableau 2.4 – Nouveau jeu d’indicateurs d’impact basé sur Impact World+
n° Indicateur Méthode Unité Type Changement
1 Effet de serre (100 ans) IW+ kg CO2 eq. midpoint Mise à jour
2 Acidification IW+ kg SO2 eq. midpoint Mise à jour
3 Demande cumulative d’énergie
CED MJ midpoint Identique
4 Eau utilisée IW+ L midpoint Mise à jour
5 Déchets produits ETB kg midpoint Identique
6 Eutrophisation IW+ kg PO4 eq. midpoint Mise à jour
7 Production d’ozone photochimique
IW+ kg d’éthylène eq.
midpoint Mise à jour
8 Déchets radioactifs ETB m3 midpoint Identique
9 Occupation des sols IW+ m².an midpoint Nouveau
10 Effets respiratoires IW+ kg PM2.5 eq. midpoint Nouveau 11 Destruction ozone
stratosphérique
IW+ kg CFC-11
eq.
midpoint Mise à jour
12 Qualité des
écosystèmes (total)
IW+ PDF.m².an endpoint Mise à jour
13 Santé humaine (total) IW+ DALY endpoint Mise à jour 14 Ressources minérales IW+ kg perdus midpoint Changement