Analyse du cycle de vie à l'aide du logiciel SimaPro

© Meryem El Faiz, 2020

Analyse du cycle de vie à l'aide du logiciel SimaPro

Mémoire

Meryem El Faiz

Maîtrise en génie mécanique - avec mémoire

Maître ès sciences (M. Sc.)

I

Analyse du cycle de vie à l’aide du logiciel

SimaPro

Mémoire

Meryem EL FAIZ

Sous la direction de :

II

Résumé

L’analyse de cycle de vie (ACV) est une méthode standardisée d’évaluation des impacts environnementaux d’un produit qui est définie par les référentiels ISO 14040:2006 et ISO 14044:2006. Elle permet de calculer l’empreinte environnementale d’un produit sur l’ensemble des différentes étapes de son cycle de vie (extraction de matière première, fabrication, transport, usage et fin de vie) sur un ensemble d’indicateurs représentatifs des problématiques environnementales du produit (changement climatique, ressources naturelles, ozone, toxicité, écotoxicité).

La réalisation d’une analyse de cycle de vie (ACV) nécessite le traitement, le calcul et l’analyse de nombreuses informations. L’utilisation d’un logiciel d’ACV facilite ces différentes phases, en garantissant transparence et traçabilité.

Ce mémoire présente un état d’art des outils et méthodes disponibles pour la réalisation d’une ACV sur la base des principes de la série ISO14040. SimaPro, l’un des principaux logiciels commerciaux mis à la disposition des praticiens de l’ACV, est présenté en détail à travers une étude de cas, afin d’explorer les différentes fonctions de base , les bases de données et les méthodes de calcul d’impact mises à disposition avec le logiciel .

III

Abstract

Life cycle assessment (LCA) is a standardized method for assessing the environmental impacts of a product, which is defined by the ISO 14040: 2006 and ISO 14044: 2006 standards. It is a recognized approach for assessing the environmental impact of products across their entire life cycle from raw materials extraction through manufacturing, transportation, usage and disposal based on a set of indicators representative of environmental issues of the product (climate change, natural resources, ozone, toxicity, ecotoxicity).

Performing a life cycle assessment requires processing, calculating and analyzing a lot of information. The use of LCA software facilitates these different phases and assures transparency and traceability.

This thesis presents a state of the art of the tools and methods available for carrying out an LCA based on the principles of the ISO14040 series. SimaPro, one of the main commercial software available for LCA practitioners, is presented in detail through a case study, in order to explore the different basic functions, databases and the impact calculation methods made available with the software.

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Table des matières

RÉSUMÉ ______________________________________________________________ II ABSTRACT ____________________________________________________________ III TABLE DES MATIÈRES ___________________________________________________ IV LISTES DES FIGURES ____________________________________________________ VI LISTES DES TABLEAUX _________________________________________________ VIII REMERCIEMENTS ______________________________________________________ IX INTRODUCTION ________________________________________________________ 1 1. REVUE DE LA LITTÉRATURE __________________________________________ 4 1.1. La pensée « cycle de vie » _____________________________________________________ 4 1.2. Historique de l’analyse de cycle de vie __________________________________________ 6 1.3. Principe de l’analyse de cycle de vie ____________________________________________ 7

1.3.1. Définition et caractéristiques _________________________________________________ 7 1.3.2. Étapes de réalisation de l’ACV _______________________________________________ 8

1.4. Quand est-il pertinent de faire une étude d’ACV ? _______________________________ 10 1.5. Applications de l’ACV dans l’entreprise _______________________________________ 14 2. DÉFINITION DES OBJECTIFS ET DU CHAMPS D’ÉTUDE ____________________ 16 2.1. Objectif de l’étude ACV _____________________________________________________ 16 2.2. Définition du champ d’étude _________________________________________________ 18

2.2.1. Fonctions du produit ______________________________________________________ 18 2.2.2. Attributs de la fonction : Unité Fonctionnelle et flux de référence ___________________ 19 2.2.3. Définition du système d’étude _______________________________________________ 21 2.2.4. Définition des limites du système ____________________________________________ 23

3. ANALYSE DE L'INVENTAIRE DU CYCLE DE VIE __________________________ 27 3.1. Définition et principe de l’inventaire de cycle de vie ______________________________ 27 3.2. Le processus élémentaire : élément de base pour la collecte de données ______________ 28 3.3. Les données d’ACV ________________________________________________________ 31

3.3.1. Types de données _________________________________________________________ 31 3.3.2. Sources de données _______________________________________________________ 32 3.3.3. Les bases de données d’inventaire ____________________________________________ 33 3.3.4. Options de collecte des données _____________________________________________ 36

3.4. Calcul de l’inventaire des extractions et d’émissions _____________________________ 39

3.4.1. Principe de calcul de l’inventaire de processus : approche processus _________________ 39 3.4.2. Exemple de calcul de l’inventaire de processus de production d’asphalte _____________ 40

3.5. Modélisation du système et résultats de l’inventaire ______________________________ 42

3.5.1. Processus multifonctionnels et problèmes d’allocation ____________________________ 42 3.5.2. Résultats de l’inventaire ___________________________________________________ 46

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3.6. Exemple d’analyse de l’inventaire de cycle de vie : Brame d’acier produit dans une aciérie italienne _________________________________________________________________________ 47

3.3.2. Objectifs et champs d’étude _________________________________________________ 47 3.3.3. Analyse de l’Inventaire des émission et extractions ______________________________ 49

4. ANALYSE DES IMPACTS ENVIRONNEMENTALE ET INTERPRÉTATION DES

RÉSULTATS ___________________________________________________________ 55 4.1. Analyse des impacts : principe et méthodologie _________________________________ 55 4.2. Sélection des catégories d'impact _____________________________________________ 56 4.3. Classification des résultats d’inventaire ________________________________________ 58 4.4. Caractérisation des impacts __________________________________________________ 59

4.4.1. Modèle de caractérisation d’une catégorie d’impact ______________________________ 59 4.4.2. Principe de la caractérisation des impacts ______________________________________ 62 4.4.3. Étapes optionnelles de l'évaluation des impacts _________________________________ 63 4.4.4. Exemple : évaluation de l’impact de la production de 1 tonne de brames d’acier avec la méthode IMPACT 2002+ _________________________________________________________ 64

4.5. Outils d’évaluation d’impacts ________________________________________________ 69

4.5.1. Méthodes d’évaluation des impacts intermédiaires (mid-point), de dommages (end-point) et hybrides 70

4.5.2. Comment choisir une méthode d’évaluation de l’impact environnementale ? __________ 72

4.6. Interprétation des résultats __________________________________________________ 74

4.6.1. Identification des enjeux significatifs _________________________________________ 74 4.6.2. Évaluation de la complétude, la sensitivité et la consistance des données _____________ 75

5. RÉALISATION D’UNE ACV AVEC LE LOGICIEL SIMAPRO __________________ 77 5.1. Fonctionnalités et spécificités des logiciels d'ACV ________________________________ 77 5.2. Présentation du logiciel SimaPro _____________________________________________ 78 5.2.1. Petite histoire de SimaPro _________________________________________________ 79 5.2.2. Bases de données et méthodes de calcul mises à disposition avec SimaPro _________ 79 5.2.3. Principe de modélisation avec SimaPro ______________________________________ 80 5.3. Réalisation de l’ACV à l’aide du logiciel SimaPro : Cas de Formway _______________ 82

5.3.1. Contexte de l’étude et description du produit ___________________________________ 83 5.3.2. Définition des objectifs et du champ d’étude ___________________________________ 85 5.3.3. Inventaire de cycle de vie __________________________________________________ 86 5.3.4. Modélisation avec le logiciel SimaPro ________________________________________ 88 5.3.5. Calcul des impacts avec SimaPro ____________________________________________ 92 5.3.6. Analyse de contribution et interprétation des résultats ____________________________ 95 5.3.7. Discussion ______________________________________________________________ 98

CONCLUSION _________________________________________________________ 99 Annexe 1 : Inventaire des émissions et d’extractions - Brame d’acier produit dans une aciérie

italienne _____________________________________________________________ 103 Annexe 2 : Analyse du cycle de vie de la chaise Formway ___________________________ 107

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Listes des figures

Figure 1 : Étapes du cycle de vie d’un produit _________________________________ 4 Figure 2 : Cadre méthodologique de l’analyse du cycle de vie ___________________ 10 Figure 3 : Processus pour la prise de décision d’utiliser l’ACV ___________________ 13 Figure 4 : Applications possibles de l’ACV en entreprise _______________________ 15 Figure 5 : Exemple de définition de l’unité fonctionnelle _______________________ 20 Figure 6 : Schéma des liens entre deux processus _____________________________ 22 Figure 7 : Arbre de processus de la fabrication d’aluminium primaire _____________ 23 Figure 8 : Options possibles des frontières d’un système ________________________ 24 Figure 9 : Procédure de calcul de l’inventaire ________________________________ 28 Figure 10 : Exemple de processus élémentaire - laminage de la tôle d'acier _________ 29 Figure 11: Schéma de développement de données de processus __________________ 32 Figure 12 : Options de collecte et de calcul des données ________________________ 38 Figure 13 : Inventaire de production - processus de production de mélange d’asphalte 40 Figure 14 : Principe de calcul des émissions en amont et en aval pour un processus

élémentaire ___________________________________________________________ 41 Figure 15 : Allocation - principe de subdivisons ______________________________ 44 Figure 16 : Allocation - principe d'expansion/substitution _______________________ 45 Figure 17 : Principe d'application de l'allocation massique ______________________ 46 Figure 18 : Frontières du système pour l’analyse du cycle de vie de l’acier _________ 48 Figure 19 : Arbre de processus de la fabrication de brames d'acier ________________ 50 Figure 20 : Inventaire des émissions et extractions du processus élémentaire cokerie _ 51 Figure 21 : Allocations possible pour le système d'étude ________________________ 53 Figure 22 : Principes et résultats de l'allocation massique pour le processus cokerie __ 54 Figure 23 : Catégorie d'impact et mécanisme environnemental ___________________ 60 Figure 24 : Démarche générale de l’analyse de l’impact avec la méthode IMPACT 2002+ _____________________________________________________________________ 65 Figure 25: Calcul de score d’impact intermédiaire pour la catégorie intermédiaire

changement climatique __________________________________________________ 67 Figure 26 : Résultats des scores normalisés pour 1 tonne de brames d’acier au niveau de dommages détaillés par catégorie intermédiaire _______________________________ 69

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Figure 27 : Relations entre les données de l’ICV, les catégories d’impact intermédiaires et les catégories de dommages dans ReCiPe ___________________________________ 71 Figure 28 : Description des composantes de la chaise LIFE _____________________ 84 Figure 29 : Modélisation de l’assemblage dans SimaPro ________________________ 90 Figure 30 : Arbre de processus de la chaise LIFE à base d’aluminium _____________ 91 Figure 31 : Interface principale de SimaPro __________________________________ 93 Figure 32 : Résultats de calcul des impacts avec SimaPro _______________________ 94 Figure 33 : Analyse de contribution - chaise LIFE à base d’aluminium ____________ 95 Figure 34 : Analyse de contribution - chaise LIFE à base de nylon ________________ 96 Figure 35 : Comparaison des résultats des scénarios A et B des deux modèles de chaises LIFE ________________________________________________________________ 97

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Listes des tableaux

Tableau 1: Caractéristiques principales des outils d’évaluation d’impact ___________ 12 Tableau 2 : Fonctions principales et secondaires de quelques produits _____________ 18 Tableau 3 : Exemple d’unité fonctionnelle et de flux de référence pour deux produits de peinture ______________________________________________________________ 21 Tableau 4 : Catégories et paramètres d'inventaire collectés pour chaque processus

élémentaire inclus dans la limite du système _________________________________ 30 Tableau 5 : aperçu des bases de données disponibles ___________________________ 35 Tableau 6 : Facteurs des émissions et d’extractions ____________________________ 40 Tableau 7 : Calcul de bilan d'énergie primaire non renouvelable pour produire 1 tonne de brames d'acier _________________________________________________________ 52 Tableau 8 : Catégories d'impact couramment utilisées en évaluation d'impact de cycle de vie __________________________________________________________________ 57 Tableau 9 : Principaux contributeurs recensés aux catégories d'impact _____________ 58 Tableau 10 : Exemples de substances de référence pour les catégories d’impact _____ 61 Tableau 11 : Calcul de résultat d’impact potentiel sur le changement climatique pour un bloc d’acier de 1kg _____________________________________________________ 62 Tableau 12 : Catégories intermédiaires, substances de références, catégories de dommage et unités de dommage utilisées dans Impact 2002+ ____________________________ 66 Tableau 13 : calcul des scores de normalisation pour 1 tonne de brames d’acier _____ 68 Tableau 14 : Liste non exhaustive de méthodes EICV existantes _________________ 72 Tableau 15 : Principaux logiciels d’ACV ____________________________________ 78 Tableau 16 : liste des hypothèses et modifications par rapport à l’article d’origine ___ 83 Tableau 17 : Composition matériel des deux modèles de La chaise LIFE ___________ 87 Tableau 18 : Processus de fabrication des composantes _________________________ 87 Tableau 19 : Distances et modes de transport des composantes ___________________ 88 Tableau 20 : Éléments sélectionnés dans SimaPro pour lʼACV de la chaise LIFE ____ 89

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Remerciements

Je souhaite avant tout remercier mon directeur de mémoire, Monsieur Daoud Ait Kadi, pour sa patience, sa disponibilité et surtout ses judicieux conseils qui ont contribué à alimenter ma réflexion. Il m’a beaucoup appris sur les défis à relever dans le domaine du développement durable, et plus particulièrement dans l’opérationnalisation de ce concept, dans sa dimension environnementale. Il a partagé ses connaissances et ses expériences dans ce domaine, tout en m’accordant sa confiance et une large indépendance dans l’exécution de mon travail. Ce travail de recherche m’a non seulement amené à développer des compétences dans le domaine de l’analyse de cycle de vie, mais il m’a aussi permis de vivre pleinement l’expérience de la recherche scientifique.

Je tiens à remercier spécialement Madame Valérie Dorval, pour tous ses conseils concernant le logiciel SimaPro. Elle a été d’un grand soutien dans l’élaboration de mon dernier chapitre.

Je désire aussi remercier les professeurs de l’université Laval, qui m’ont fourni les outils nécessaires à la réussite de mes études universitaires.

Enfin, j’aimerais exprimer ma gratitude à tous mes collègues dans l’équipe de recherche, qui ont pris le temps de discuter de mon sujet. Chacun de ces échanges m’a aidé à faire avancer mon analyse et à être critique dans mon domaine de recherche.

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Introduction

L’industrie, la consommation de masse, les besoins énergétiques accrus d’une population mondiale croissante, sont en partie à l’origine des dégâts environnementaux dont fait face notre planète [1]. La mondialisation est allée de pair avec ces évolutions, et de ce fait, contribue à l’accentuation des dégâts environnementaux observés. Elle a permis de produire des biens matériels, de les échanger et de les consommer à des volumes et à des rythmes que l’humanité n’avait jamais connus [2]. Cela a accentué l’empreinte écologique des activités humaines à travers le monde.

A l’heure actuelle, la protection de l'environnement prend une place de plus en plus importante dans les débats politiques à l’échelle mondiale. Le changement climatique, les problèmes de gestion des déchets, la déforestation et la perte de biodiversité provoquent l'inquiétude de l'opinion publique. Progressivement, au cours des dernières décennies des mesures ont été adoptées dans les pays industrialisés pour répondre à ces préoccupations. Ces mesures visent à réduire les effets négatifs du développement industriel via le développement durable, c’est-à-dire, un mode de développement qui concilie les aspects économiques, sociaux et environnementaux pour répondre aux besoins de la génération actuelle sans compromettre la capacité des générations futures à satisfaire leurs propres besoins.

Réduire les impacts négatifs de l’activité humaine est la responsabilité de tous les acteurs qui participent à la motivation et à l’organisation de systèmes de produits (gouvernements, consommateurs et industries). Les entreprises en particulier ont la plus grande part de responsabilité [3], parce qu’à la fois elles structurent les modes de consommations, et elles génèrent par leurs cahiers des charges les modes de production [4]. Aujourd’hui les entreprises subissent des pressions de la part des clients, de la concurrence et de la législation, les incitants ainsi, à s'impliquer dans les efforts environnementaux, et prendre des actions concrètes et durables.

En effet, les entreprises doivent se conformer aux exigences règlementaires des différents pays dans lesquels elles ont des opérations. Par exemple Au Canada, la Loi canadienne de protection de l’environnement et la Loi sur le développement durable imposent des restrictions et obligations aux entreprises, comme aux institutions gouvernementales. Au

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Québec, la Loi sur la qualité de l’environnement et les diverses lois sur la protection des ressources naturelles (eau, sol, air, faune) et sur la gestion des déchets (matières dangereuses, responsabilité des producteurs) permettent aux ministères d’imposer une série de mesures visant la protection de l’environnement. La prise en compte de l’environnement permet de réduire les écarts avec la règlementation. D’ailleurs l’enquête réalisée en 2004 à soulever l’importance de la règlementation dans la prise en compte de l’environnement. Selon la plupart des établissements, cette prise en compte de l’environnement permet de facilite le respect de règlementation, et l’amélioration des relations avec les autorités règlementaires.

La demande des clients constitue aussi une forte pression. Les consommateurs sont devenus des Eco consommateur et les seuls critères de de qualité et de faibles coûts ne suffisent pas. Aujourd’hui les différents partenaires d’une entreprise ont des attentes envers l’entreprise, non seulement en termes de qualité et de faibles coûts mais aussi en termes de réputation, d’équité et de justice sociale, de respect de l’environnement et de transparence. D’ailleurs, il n’est pas rare qu’une certification de l’engagement à la gestion de l’impact environnemental soit exigée entre ces différents partenaires. À la pression des clients s’ajoute aussi la pression exerce par les ONG qui surveillent l’ensemble des activités, opérations et engagements des entreprises, soulèvent toute pratique qui ne serait pas jugée comme durable ou socialement responsable.

Comment rendre l‘activité de l’entreprise plus respectueuse de l‘environnement naturel? Parmi les solutions mises de l‘avant à ce jour, l‘analyse du cycle de vie se présente comme la méthode la plus prometteuse pour apporter des éléments de réponse à cette question puisqu‘elle permet d‘évaluer globalement l‘impact environnemental d‘un produit ou d‘un service et de proposer des solutions d‘amélioration sans risquer de déplacer le problème. Pourtant la complexité et les efforts requis pour la réalisation d‘une ACV sont des obstacles principaux à sa diffusion dans l‘industrie. En effet, l‘ACV fait appel un vaste champ de compétences et des besoins matériels et techniques spécifiques. De plus, la disponibilité des données s‘avère parfois problématique, puisque de nombreuses phases du cycle de vie d‘un produit sont situées en dehors de la sphère d‘influence directe de l‘entreprise. La réalisation d‘une ACV devient d‘autant plus difficile dans un contexte de produit fabriqué par plusieurs sous-traitants.

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Objectifs du travail

L’objectif de cette recherche est de dresser un état d’art des outils et méthodes disponibles pour la réalisation d’une ACV sur la base des principes de la série ISO14040 et d’évaluer la capacité des logiciels d’ACV tel que SimaPro à en faciliter la réalisation. L’objectif principale est de présenter au lecteur un portrait complet de comment réaliser une analyse de cycle de vie et de le guider dans ses choix méthodologiques.

Organisation de la recherche et contenu du mémoire

Le mémoire est organisé selon les étapes de la procédure ACV (définition des objectifs et du périmètre, inventaire, évaluation d'impact et interprétation). Dans un premier temps, la démanche séquentielle de l’analyse de cycle de vie, avec la définition des objectifs, l’inventaire des émissions et extractions, l’analyse de l’impact ainsi que leurs interprétations est discute en détail. Les différents outils, concepts clés et méthodes nécessaires à la réalisation de chaque étape sont présentés, et illustrées avec des exemples de la littérature. Cela consiste à détailler :

- Les objectifs d’une étude ACV et les considérations devant être prises en compte lors de la définition de l’unité fonctionnelle et les frontières du système d’étude

- Les données nécessaires à la réalisation d’inventaire - Les approches de calcul d’inventaire

- Les outils d’évaluation d’impacts et d’interprétation des résultats

La deuxième partie, décrit le fonctionnement de base du logiciel d’ACV SimaPro à travers une étude de cas basé sur les données secondaires de l’article suivant : Gamage, G. B., Boyle, C., McLaren, S. J., & McLaren, J. (2008). Life cycle assessment of commercial furniture: a case study of Formway LIFE chair. The International Journal of Life Cycle Assessment, 13(5), 401.

Le logiciel SimaPro a été sectionné pour cette étude de cas, puisqu’il est disponible à l’université Laval.

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1. Revue de la littérature

1.1. La pensée « cycle de vie »

Chaque produit suit un parcours appelé cycle de vie de produit, définit par l’iso14040 comme :

« L’ensemble des phases consécutives et liées du système de produits, de l’acquisition des matières premières ou de la génération des ressources naturelles à l’élimination finale ». [6]

Chaque étape du cycle de vie du produit représentée dans la figure 1 (extraction de matières premières, fabrication, emballage et distribution, utilisation et l’élimination), repose sur un large éventail de technologies, d'institutions et de comportements, consomme des ressources naturelles et génère des impacts négatifs.

Figure 1 : Étapes du cycle de vie d’un produit [7]

Traditionnellement, les actions prises par les entreprises pour faire face aux problèmes environnementaux liées à leurs activités ont été limitées à l’échelle du site, or de telles mesures n’ont pas suffi à diminuer la dégradation progressive de l’environnement. En effet, l’intégration pérenne de l’environnement ne se résume pas simplement à la mise en œuvre de mesures sur site de production, mais d’une réflexion élargie, qui dépasse l’échelle du

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site de production et qui prend en compte les problèmes ayant lieu tout au long de la chaine de valeur [8]. C’est la logique de la pensée « cycle de vie » définie par le Programme des Nations Unies pour l’Environnement (UNEP), comme une approche qui vise à

« Dépasser et élargir la vision traditionnelle pour inclure, outre les impacts des sites de production et des procédés de fabrication généralement pris en compte, les incidences environnementales, sociales et économiques des produits sur l’ensemble de leur cycle de vie, en y intégrant les phases de consommation et de fin d’utilisation » [7].

La logique de la pensée « cycle de vie » est particulièrement importante parce qu’elle permet aux outils qui s’en inspirent d’avoir la capacité d’intégrer l’ensemble des impacts directs et indirects d’un produit, d’un procédé ou d’un service, et de s’assurer que les solutions mises en place n’occasionnent pas un déplacement de la charge entre les phases de cycle de vie. En effet, cela n’a aucun sens d’améliorer (d’un point de vue environnemental, économique ou social) une partie du système dans un pays, dans une étape du cycle de vie ou dans un compartiment environnemental, si cette « amélioration » a des conséquences négatives pour d’autres parties du système pouvant dépasser les avantages obtenus [1]. Par exemple, une entreprise qui décide de changer une matière première de son produit en vue d’améliorer la performance environnementale de son site de production ; ce choix pourrait avoir un impact plus fort ailleurs si cette matière est rare, et difficilement valorisable en fin de vie du produit. L’entreprise diminuera l’impact de son site de production mais l’effet global du produit sera pire pour la conservation de l’environnement.

Pour opérationnaliser cette pensée « cycle de vie » au sein des organisations , il existe aujourd’hui des outils de gestion de cycle de vie GCV pour aider les décideurs à distinguer les solutions plus ou moins durables de ceux qui ne le sont pas, et ce, en tenant compte de tout le cycle de vie du produit [9]. L’ACV est l’un de ces outils qui permet de mettre en pratique la pensée « cycle de vie » dans sa dimension environnementale. Il existe d’autres outils de gestion de cycle de vie notamment l’Analyse du Coût du Cycle de Vie (ACCV) qui permet de connaître le coût de production d'un produit pendant toute sa durée de vie et l’Analyse du Cycle de Vie Sociale (ACV Sociale) qui permet également de mesurer les impacts sociaux tout au long du cycle de vie.

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1.2. Historique de l’analyse de cycle de vie

L'origine de l'analyse du cycle de vie remonte à la fin des années 1960 et au début des années 1970, période au cours de laquelle des problèmes environnementaux tels que l'efficacité énergétique, le contrôle de la pollution et les déchets sont devenus une préoccupation majeure [10].

En effet, la pensée « cycle de vie » semble avoir été utilisée pour la première fois, lors d’une étude réalisée en 1969 par le Midwest Research Institute (MRI) pour l’entreprise Coca Cola [11]. Celle-ci souhaitait connaître les quantités d'énergie et de matériaux utilisés pour les différents types d’emballages, de même que leurs impacts environnementaux dans le but d'orienter certaines décisions stratégiques. Le MRI définissait leur technique sous le nom de « Resource and Environmental Profile Analysis » (REPA), une technique qui repose sur une analyse systémique du début à la fin de la chaîne de production des produits étudiés. Cette étude commanditée par Coca Cola, a marqué le début du développement de l’outil REPA, connu aujourd’hui sous le nom de l’analyse du cycle de vie [12].

Depuis cette première étude, la méthode de l’analyse du cycle de vie a connu un développement remarquable. La méthodologie s’est, en premier lieu, généralisée sous la forme d’approches essentiellement énergétiques dans les années 1970, pour répondre à la crise énergétique qui a imposé la préoccupation sur l’affaiblissement des ressources fossiles. Ensuite, elle a connu des développements plus poussés avec une préoccupation marquante sur sa normalisation [13]. Au début des années 1990, les inquiétudes suscitées par l'utilisation inappropriée des ACV pour faire de grandes déclarations de marketing par les fabricants de produits, ainsi que la forte demande internationale d’harmonisation des méthodologies ont conduit au développement d’un code de conduite de l’ACV par la Société de Toxicologie et de Chimie Environnementales (SETAC), et des normes d'ACV dans la série 14000 de l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO). En 2002, avec le partenariat de la SETAC, le Programme des Nations Unis pour l’Environnement (UNEP) a créé l’Initiative pour le Cycle de Vie (Life Cycle Initiative) dans le but d’améliorer les outils d’ACV par le développement de bases de données et d’indicateurs d’impacts sur l’environnement [13]. Actuellement, il existe une forte diffusion de l’ACV dans le monde à travers l’Initiative pour le Cycle de Vie.

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1.3. Principe de l’analyse de cycle de vie

1.3.1. Définition et caractéristiques

L'analyse du cycle de vie est une approche analytique qui permet de quantifier et d'analyser les impacts environnementaux sur tout le cycle de vie des produits, des services et, plus rarement, des procédés [14]. La norme ISO 14040 définit l’analyse du cycle de vie comme une méthode qui :

« Compile et évalue les entrants et sortants, ainsi que les impacts environnementaux potentiels d’un système de produits au cours de son cycle de vie » [6].

En d’autres termes, l’ACV quantifie les flux entrants et sortants d’un produit en prenant en compte les étapes de son cycle de vie (c’est-à-dire du berceau à la tombe) et établit le lien entre ces flux de matières et les effets environnementaux potentiels qui y sont associés. L’ACV est considérée comme un outil d’aide à la décision qui permet de comparer les charges environnementales de différents produits, procédés ou systèmes entre eux, ainsi que les différentes étapes du cycle de vie [15]. Elle est définie par l’UNEP comme étant une méthodologie, c’est-à-dire un « ensemble des règles appliquées » qui encadre le processus de collecte de données et la façon d'interpréter les résultats [7]. Enfin, les normes internationales ISO présentent l’ACV en tant qu’instrument scientifique et technique qui sert à fournir des informations sur les impacts environnementaux des produits selon leur cycle de vie [6].

L'analyse du cycle de vie présente un certain nombre de caractéristiques qui lui permet de répondre à des questions qu'aucun autre outil d'évaluation ne peut traiter [16]. Les quatre caractéristiques importantes sont [8] :

- Le focus sur le cycle de vie de produit : l’une des caractéristiques majeures de l’ACV est la prise en compte de l’ensemble des activités nécessaires à la réalisation du produit : celles situées en amont de l’entreprise et celles situées en aval, telles que l’utilisation du produit et le traitement des déchets. Cela permet d’éviter les transferts de pollution d’une étape à l’autre.

- L’approche fonctionnelle : contrairement aux autres outils qui se focalisent sur le produit lui-même, l’ACV examine le service rendu par un produit, c’est-à-dire, sa

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fonction. Avec cette approche fonctionnelle, il est possible de comparer les impacts environnementaux de deux (ou plus) produits analogues ou différents fournissant la même fonction de base.

- L’évaluation multicritères : l’ACV couvre un large éventail de problèmes environnementaux. Cet aspect multicritère de l’ACV vise à éviter les transferts de pollution entre les différents types d’impacts. Par exemple, une évaluation de type ACV visant uniquement à quantifier les émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) d’un produit peut être peu efficace pour apporter des réponses d’amélioration en matière de performance environnementale [15]. Les solutions apportées pourront être pertinentes pour minimiser les émissions mais ne vont pas forcement avoir d’influence positive sur les consommations d’eau ou les émissions toxiques d’un produit : elles risquent même de les augmenter.

- L’aspect quantitatif : Les résultats de l'ACV répondent à la question « Quel est l'impact potentiel d'un système de produit sur l’environnement ? » Une partie de la réponse pourrait être « l’impact sur le changement climatique est de 87kg équivalent CO2 ». La nature quantitative de l'ACV signifie qu'il peut être utilisé pour comparer les impacts environnementaux de différents processus et systèmes de produits.

1.3.2. Étapes de réalisation de l’ACV

Le processus de réalisation de l’ACV tel que proposé par la norme ISO 14040-14044 s’effectue en quatre étapes (voir Figure 2), à savoir :

- Phase 1 : Définition des objectifs et du champ d’étude

La première étape de l’ACV sert à définir les objectifs et le champ d’étude. Durant cette première étape, son champ d’application, son public cible ainsi que les objectifs visés doivent être clairement identifiés. La définition du champ de l’étude permet de fixer les frontières du système et l’unité fonctionnelle considérées. Les frontières du système représentent les limites de l’étude en termes de processus élémentaires inclus. L’unité fonctionnelle est quant à elle, décrite par ISO comme la « performance quantifiée d’un système de produits, destinée à être utilisée comme unité de référence dans une ACV »

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(ISO 14040, 2006). Les comparaisons de scénarios seront faites en se basant sur cette unité fonctionnelle.

- Phase 2 : Inventaire du cycle de vie

La deuxième étape, souvent la plus longue à réaliser, consiste à compiler l’inventaire : c'est à-dire rassembler toutes les informations sur les flux et les processus de matières et d’énergie du cycle de vie afin de calculer les quantités de matière et d’énergie concernées. Toutes les valeurs sont mises à l’échelle en fonction de l’unité fonctionnelle. La collecte de données peut être longue et fastidieuse en fonction de la complexité du système étudié. L’utilisation de certaines bases de données génériques, reprenant les flux élémentaires, permet de faciliter l’établissement de l’inventaire.

- Phase 3 : Évaluation des impacts

C’est le regroupement sous forme de catégories d’impacts et la pondération des effets dus à l’utilisation de ressources ainsi que les émissions. Il s’agit notamment d’identifier les impacts environnementaux potentiels et significatifs à partir des données d’inventaire préalablement associées à des impacts environnementaux spécifiques. Il existe à ce jour trois grandes familles d’impacts généralement pris en compte par l’ACV: l’épuisement des ressources, les impacts sur la santé humaine et les impacts écologiques. Ce sont les impacts relatifs à ces trois catégories considérées par la majorité des méthodes d’évaluation d’impacts sont :

• Le réchauffement global de la planète; • L’appauvrissement de la couche d’ozone

• L’épuisement des ressources naturelles (matières premières) • L’épuisement des ressources énergétiques;

• L’oxydation photochimique;

• L’acidification des terres et des lacs; • La toxicité humaine

• L’écotoxicité aquatique; • L’écotoxicité terrestre; • La nitrification

10 - Phase 4 : Interprétation des résultats

Finalement, les résultats sont interprétés et des conclusions doivent être tirées des résultats. L’interprétation de ces résultats demande une certaine expertise environnementale pour bien comprendre les différentes catégories d’impacts et leur unité. Pour vérifier la validité des conclusions, certaines analyses peuvent être faites sur les données, comme des analyses de contribution, des analyses d’incertitude ou des analyses de sensibilité. C’est pourquoi l’ACV est considérée comme une méthode itérative (Figure 2). Les conclusions de l’étude permettent de quantifier les impacts environnementaux afin d’identifier les points chauds et de comparer des solutions alternatives visant une amélioration environnementale.

Figure 2 : Cadre méthodologique de l’analyse du cycle de vie [8]

1.4. Quand est-il pertinent de faire une étude d’ACV ?

L’ACV constitue un outil d’aide à la décision de plus en plus répandu parmi les acteurs publics et privés [17], puisqu’il fournit des informations complètes aux décideurs sur les impacts environnementaux des produits. Il existe d’autres approches qui ne s’inscrivent pas dans la logique du cycle de vie mais qui visent également une évaluation d’impact au niveau environnemental telles que l’Étude d’Impact Environnementale (EIE), l’Analyse de

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Risque (AR), l’Analyse des Flux d’une Substance (AFS), et le Bilan Carbone (BC). Ces approches s’appliquent, néanmoins, à l’échelle locale ou régionale. Le tableau 1 recense les principales caractéristiques de l’ACV, de l’analyse des flux d’une substance, de l’étude d’impact environnemental, de l’analyse du risque et du Bilan Carbone (BC).

Ces outils se différentient quant à leurs objectifs spécifiques et peuvent être utilisé de manière complémentaire lors d’une prise de décision [15]. L’AFS permet le suivi du transfert d’une seule substance (par exemple le mercure) ou d’un groupe de substances (par exemple les composés azotés) vers divers milieux (air, eau et sol). L’étude d’impact environnemental vise l’évaluation d’un site spécifique ou d’un projet dans un lieu précis. L’analyse de risques évalue le risque ou la probabilité des effets extrêmes d’une installation ou d’une substance chimique. Enfin le bilan carbone consiste en la réalisation d’une ACV monocritère où l’évaluation est centrée uniquement sur la quantification des émissions de gaz à effet de serre (catégorie changement climatique). Dans la perspective de la Pensée cycle de vie, l’ACV et le SFA sont les seuls outils couvrant l’ensemble du cycle de vie de leur objet d’étude, soit un produit ou une substance (généralement chimique pour la SFA). Ce sont tous les deux des outils d’analyse de cycle de vie à la différence que dans le cas du SFA, l’étude est presque toujours restreinte à une zone géographique précise, un pays par exemple.

L’ACV est le seul outil à couvrir l’ensemble des étapes de vie de son objet d’étude, tout en n’ayant aucune frontière géographique ou temporelle. Pour ces raisons, l’analyse du cycle de vie est considérée, du fait de son approche globale et intégrative, comme l’outil par excellente pour la mise en œuvre du développement durable.

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Tableau 1: Caractéristiques principales des outils d’évaluation d’impact [15]

Outil Objet Échelle et cycle de vie

Effets considérés Effets rapportés

Analyse du cycle de vie (ACV) Produit, service ou système Globale régionale (Totalité de cycle de vie) Effets environnementaux multiples Fonction du produit, du service ou du système Analyse des flux d’une substance (AFS) Substance polluante Globale ou régionale (Cycle de la substance)

Pas d`effet substance unique Temps et région donnée Étude d’impact environnementa le (EIE) Nouvelle activité

Locale Effets locaux (variables selon l`étude) Capacité d’adaptation Analyse de risque (AR) Installatio n ou produit chimique Régionale ou locale

Toxicité Période d’année

Bilan carbone (BC) Produit, service ou système Globale régionale (Totalité de cycle de vie) Émissions de gaz à effet de serre (GES) :

Changement climatique

Fonction du produit, du service

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Le choix d’utiliser un outil dépend de plusieurs facteurs tels que l’échelle de l’évaluation, les ressources consacrées pour réaliser l’évaluation, l’utilisation envisagée de résultats, etc. Le schéma de la figure 3 illustre dans quelle mesure l’ACV peut répondre aux objectifs d’une analyse environnementale.

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1.5. Applications de l’ACV dans l’entreprise

Les applications de l’ACV au sein des entreprises sont directement liées aux trois grands actes de gestion : déléguer, évaluer et améliorer, ce qui lui confère une dimension managériale (outil de gestion) [8]. L’utilité de l’ACV peut être vue sous deux points de vue, à savoir :

- Intérêts à court terme de l’application de l’ACV

Un des principaux avantages de l’ACV est de permettre l’identification des points chauds dans le cycle de vie d’un produit. L’identification de ces points chauds permet d’identifier les priorités d’amélioration environnementale [15]. Ces points chauds sont mis en évidence à l’aide d’analyse de contribution, de dominance ou encore de sensibilité. Quant à la priorisation des points à considérer en vue d’une amélioration, elle peut se faire selon deux critères : l’accent peut être mis en priorité sur les éléments ayant le plus d’impacts environnementaux ou il peut être mis sur les éléments qui nécessitent un faible coût additionnel pour obtenir une réduction d’impacts.

- Intérêts à long terme de l’application de l’ACV

À plus long terme, l’identification de ces points chauds peut avoir d’autres répercussions au niveau stratégique de l’entreprise et au niveau de la conception de produits. En effet, identifier ces points chauds peut servir à plus grande échelle à sensibiliser les acteurs du développement de produits aux relations qui existent entre les flux de matières et les impacts environnementaux. Ainsi, cela peut conduire à l’identification de matériaux polluants, pour lesquels il faut trouver des solutions de remplacement ou d’étapes du cycle de vie pour lesquelles une stratégie d’amélioration globale doit être mise en place. L’ACV permet donc à tous les acteurs de prendre conscience de leur « rôle environnemental ». On peut résumer les différentes applications de l’ACV dans l’entreprise en quatre voies (figure 4) et puis une dernière voie « informationnelle » placée à la base de ces applications :

- La stratégie : l’ACV peut aider à identifier des améliorations de performances possibles d’une décision par rapport à la situation présente. Elle peut ainsi être utile comme

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support à la décision sur des changements structuraux sur le cycle de vie d’un produit (bien ou service).

- La R&D et le design : l’ACV peut servir de levier pour des nouvelles idées d’innovation concernant le développement d'un produit (bien ou service) nouveau ou sensiblement amélioré dans sa dimension environnementale.

- La production et l’approvisionnement : l’ACV est utile comme support à la décision sur le choix d’investissements ou sur le choix de fournisseurs.

- Le marketing : la comparaison de produits à partir des résultats d’ACV est utilisée par les entreprises pour influencer les choix des consommateurs sur leurs produits (cas des écolabels, des achats verts par les autorités publiques, ou des technologies propres par les acteurs privés).

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2. Définition des objectifs et du champs d’étude

Effectuer une analyse de cycle de vie peut aider à répondre à d’importantes questions qui préoccupent les décideurs, telles que :

• Quel est l'impact d'un produit sur les parties prenantes ?

• Quel produit ou procédé a le moins d'impact sur l'environnement ?

• Comment les modifications apportées au système actuel pourraient influencer les impacts environnementaux à toutes les phases du cycle de vie ?

La définition des objectifs et du champs d’étude est la première étape d’une étude ACV. Le but étant de définir la raison de l’étude et la façon dont celle-ci sera conduite. Contrairement aux autres étapes de l’ACV qui sont d’ordre technique, l’étape de la définition des objectifs et de champs d’étude est descriptive et nécessite une forte dimension participative et un dialogue entre les différents acteurs de l’étude.

2.1.

Objectif de l’étude ACV

Définir les objectifs d’une ACV consiste à répondre, de façon claire et le plus explicitement possible aux questions : Pour qui ? Pour quoi ? C'est-à-dire mettre en exergue d’une part les destinataires de l’analyse et d’autre part les raisons qui poussent à cette analyse. Selon le commanditaire, les objectifs d’une étude peuvent être très diversifiés (politique, scientifique, etc.) [20]. Par exemple, une entreprise peut chercher à évaluer la performance environnementale de ses produits, un politicien peut chercher un outil d’aide à la décision pour l’octroi d’une subvention. Enfin, l’objectif peut être simplement de faire progresser la compréhension des problèmes environnementaux liés à un produit.

Définir l'objectif d'une ACV tel qu’indiqué dans la norme ISO 14001, consiste à définir la ou les applications envisagées de l’étude, les raisons pour lesquelles on souhaite réaliser l'étude et le public auquel les résultats seront communiqués.

17 - L’Application envisagée et le public cible

Les domaines d'application de l'ACV sont nombreux et dépendent du public visé par l’étude. On distingue entre les applications dans le secteur public et celles dans le secteur privé [21].

Les études d’ACV dans le secteur public sont utilisées pour soutenir l’élaboration des politiques environnementales et définir des mesures incitatives relatives à l’environnement. Dans le secteur privé, les entreprises utilisent les résultats de l’ACV, aussi bien en interne, pour soutenir le développement ou la commercialisation de produit, qu’en externe, pour renforcer la crédibilité de la politique environnementale de l’entreprise par exemple. On distingue aussi entre l’application au niveau opérationnel qui concerne les objets concrets tels que la formulation d’un nouveau produis, et celle au niveau stratégique qui comprend les objets généraux tel que l’élaboration d’une nouvelle politique [13].

- Les raisons de l’étude de l’ACV

Les raisons d’une étude sont liées à l'application prévue des résultats et portent spécifiquement sur les motivations de la prise de décision. En général, on peut distinguer deux principales catégories d’objectifs d’ACV [22]. La première catégorie consiste à quantifier et évaluer la performance environnementale d’un produit ou d’un processus. La deuxième catégorie a pour objectif de décrire et d’évaluer les conséquences des améliorations menées sur la performance environnementale du système.

- Le public concerné par l’étude ACV

Le public concerné : les personnes auxquelles les résultats de l’ACV seront communiqués. Par exemple, une ACV dans une entreprise, peut être utilisée uniquement à des fins internes comme la contribution au développement du produit. Le public concerné dans ce cas est la direction et les employés de l’entreprise. Si par exemple, les résultats de l’étude sont utilisés dans une communication externe, le public cible est les clients et/ou les consommateurs, etc.

- Publication ou autre accessibilité pour le public Il s’agit de préciser si l’étude sera divulguée au public.

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2.2. Définition du champ d’étude

Le champ d’étude est l’étape de l’ACV qui permet de déterminer quels systèmes de produits devront être évalués et de quelle manière. Cette étape permet d’encadrer comment les prochaines phases de l'analyse du cycle de vie doivent être réalisées.

2.2.1. Fonctions du produit

Un système de produit n’a d’intérêt que pour la ou les fonctions que celui-ci remplit [23]. Contrairement à d’autres outils d’évaluation environnementale, qui s’intéressent directement au système de produit, l’ACV s’intéresse aux fonctions réalisées par le système.

En principe, un système de produit peut avoir plusieurs fonctions, une fonction principale et des fonctions secondaires (tableau 2) [15]. Par exemple, la fonction d’une station d’épuration est de traiter aux normes imposées un flux d’eaux usées. Mais d’autres fonctions secondaires peuvent venir s’ajouter : désinfection des effluents, désodorisation, traitement plus ou moins poussé des boues. Pour étudier un système, il faut comprendre les fonctions qu’il fournit, et sélectionner parmi ces fonctions la fonction principale qui servira de base à l’évaluation des impacts. Ceci est particulièrement important lorsque l’étude vise à comparer différents systèmes, puisque la comparaison doit alors être basée sur une fonction équivalente.

Tableau 2 : Fonctions principales et secondaires de quelques produits

Système de produit Fonctions primaires Fonctions secondaires

Emballage Contenir le produit - Protéger le produit contre les chocs - Descriptif du produit

Fenêtres Éclairage /Aération

- Protection du climat extérieur - Sécurité des évacuations

- Fournir une fonctionnalité esthétique au bâtiment

Station d’épuration

Traiter aux normes imposées un flux d’eaux usées

- Désinfection des effluents - Désodorisation

- Traitements plus ou moins poussés des boues Tondeuse à gazon Tondre l’herbe - Aménagementdu paysage

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2.2.2. Attributs de la fonction : Unité Fonctionnelle et flux de référence

2.2.2.1. L’Unité Fonctionnelle

L’Unité Fonctionnelle (UF) permet de quantifier la fonction remplie par le système de produit à étudier. Il s’agit d’une grandeur mesurable dont le rôle principal est de fournir une référence par rapport à laquelle les intrants et les extrants seront définis [24]. Par exemple, la fonction commune des différentes options d’emballages est de contenir une certaine quantité de liquide. Si nous devons comparer ces options, l’unité fonctionnelle peut être définie comme la quantité d’emballage nécessaire pour contenir 1 m3 de liquide dans des conditions spécifiées et pendant une période spécifiée [22].

Lorsque l'objectif de l’étude est simplement évaluer la performance environnementale d’un produit, l'unité fonctionnelle peut être très simple, par exemple : une quantité en kilogramme (kg) de produit X [24] .Toutefois lorsqu’il s’agit d’une comparaison entre différentes alternatives, par exemple pour comparer des mouchoirs en papier et des mouchoirs en tissu, la définition de l’unité fonctionnelle deviens plus compliquée, puisqu’elle doit prendre en compte les différences de propriétés entre les produits comparés , telles que la résistance, la durabilité ou les différences au niveau de l’utilisation [24]. Ainsi, les mouchoirs en papier et les mouchoirs en tissu ont, les deux, la même fonction à savoir : permettre à l’utilisateur de se moucher. Or les deux mouchoirs présentent des différences au niveau de l’utilisation. Un utilisateur utilise en moyen 200 mouchoirs en papier par an, tandis que le mouchoir en tissu peut être utilisé pendant 3 ans et il est en moyen lavé 100 fois par an. Un exemple de base de comparaison appropriée serait de se moucher pendant 3 ans. Dans ce cas il s’agit de comparer 600 mouchoirs en papier et un mouchoir en tissus.

Pour déminer l’unité fonctionnelle, la première étape consiste à spécifier la fonction principale fournie par le ou les systèmes. Il est important de sélectionner correctement la fonction principale du système en fonction de l’objectif de l’étude, car différentes fonctions pourraient conduire à des résultats différents pour les mêmes systèmes de produits [25-26]. La deuxième étape est une qualification de la fonction en vue de la transformer en unité fonctionnelle.

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Pour résumer, L’unité fonctionnel doit définir les aspects qualitatifs et quantifier les aspects quantitatifs de la fonction, ce qui implique de répondre aux questions : Quoi ? Combien ? Comment ? Combien de temps ? (Voir figure 5) [16]. Par exemple, pour la fonction de la peinture qui est de protéger une surface, l'unité fonctionnelle peut être définie comme : Couvrir 1 m2 de mur en plâtre avec un degré d’opacité de 0,98 et pour une durée de vie de 10 ans.

Figure 5 : Exemple de définition de l’unité fonctionnelle [16]

2.2.2.2. Le flux de référence

Un flux de référence est la quantité nécessaire du produit pour répondre à l’unité fonctionnelle. Si nous reprenons l’exemple plus haut pour le cas des emballages, le flux de référence serait la quantité de matériaux nécessaire pour contenir par exemple 1 m3 de liquide dans des conditions spécifiées et pendant une période spécifiée.

Le flux de référence est généralement différent qualitativement et quantitativement pour différents produits comparés sur la base d'une unité fonctionnelle, en raison de la différence dans les propriétés et les caractéristiques du produit (par exemple, la viscosité et la résistance à la déchirure d'une peinture) [16]. Il est donc nécessaire de déterminer les facteurs reliant l'unité fonctionnelle aux flux de référence. Dans l'exemple de la peinture, ces facteurs sont : la quantité de peinture appliquée par m2 et la durée de vie de la peinture. Si nous désirons comparer deux produits de peinture, A et B (voir tableau 3), le produit A (4L pour couvrir 1m2) nécessite deux applications et dure 15 ans, tandis que le produit B

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(2L pour couvrir 1m2) ne nécessite qu'une seule application et dure 5 ans jusqu'à ce qu'il soit nécessaire de repeindre. Dans ce cas, 8L de peinture A est nécessaire pour réaliser l'unité fonctionnelle, tandis que la même unité fonctionnelle est réalisée avec 6L de peinture B.

Tableau 3 : Exemple d’unité fonctionnelle et de flux de référence pour deux produits de peinture

Produit Unité fonctionnelle Flux de référence Paramètres clés

Peinture 1m2 de mur peint pendant 15 ans

Produit A : 2* 4kg de peinture longue duree (15 ans , 2 applications )

Quantité appliquée au mètre carré

Duré de vie de la peinture

Produit B : 3*2kg de peinture courte duree (5 ans )

2.2.3. Définition du système d’étude

Un système de produit est caractérisé par les éléments qu’il contient, c’est-à-dire les processus impliqués dans la réalisation de la fonction du système. Mais aussi par les liens et les limites qui le distinguent des autres systèmes de produit et de la nature.

Les processus élémentaires sont les plus petites parties d'un système pour lesquelles des données sont collectées lors de l'exécution d'une ACV. Ils peuvent représenter un seul processus spécifique ou encore plusieurs processus, par exemple, une usine complète incluant de nombreux procédés [20]. Ces processus élémentaires sont liés les uns aux autres par des flux de produit intermédiaire, ils sont liés aux autres systèmes de produits par des flux de produits, et à l'environnement par des flux élémentaires entrant et sortant (voir figure 6) [15]. Par définition, les flux élémentaires ne sont pas échangés entre les processus unitaires, ils sont définis comme étant la matière ou l’énergie entrant dans le système étudié, qui ont été puisées dans l’environnement sans transformation humaine préalable (eau, pétrole, etc.) ou de matière ou énergie sortant du système étudié, qui est rejeté dans l’environnement sans transformation humaine ultérieure (déchets, chaleur, émissions gazeuses) [15]. Par exemple le flux de ressources « eau » pour un processus de laminage des tôles l’acier peut provenir directement d'une rivière proche du lieu de laminage (flux élémentaire), alors que l'acier non allié (flux intermédiaire de produit) est le flux de produit

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d'un autre processus unitaire et agit en tant que flux de matière vers le processus d'unité de laminage de la tôle d'acier.

Figure 6 : Schéma des liens entre deux processus [15]

Lorsque de multiples processus élémentaires sont impliqués dans un procédé de fabrication il est profitable de le schématiser à l’aide d’un arbre de processus (voir figure 7) qui permet de fournir une description détaillée du système analysé (produit ou activité) [27].

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Figure 7 : Arbre de processus de la fabrication d’aluminium primaire [15]

2.2.4. Définition des limites du système

La sélection des limites du système consiste à déterminer les processus et les flux qui seront inclus dans l’étude de l’ACV. Idéalement les limites du système devraient inclure tous les processus requis pour l’accomplissement de la fonction du système, du berceau à la tombe [28]. Ceci est pratiquement impossible, soit parce que les objectifs de l’étude ne prennent pas en compte tout le cycle de vie, soit pour des contraintes matérielles (manque de données), de coûts ou de temps [27]. Par conséquent, toutes les études d’ACV excluent certains processus unitaires qui sont réellement nécessaires (bien que dans une mesure très limitée) pour fournir le flux de référence.

2.2.4.1. Processus à considérer dans l’ACV

Les étapes de cycle de vie et les processus à considérer dans l’étude d’une ACV sont définies en fonction de l’objectif d’étude. Par exemple, si l’objectif de l’étude est d’évaluer l’impact de la barre d’acier sur l’environnement, à ce moment-là, il faut inclure tous les processus de cycle de vie de la barre (du berceau à la tombe). Si l’objectif était d’évaluer

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l’impact de la production de barre d’acier, une étude du berceau jusqu’à la porte de l’usine est suffisante pour répondre à cet objectif.

De façon générale, on peut distinguer trois options principales pour définir quels processus se trouvent dans les limites du système [26] (voir figure 8) :

- Porte à porte (Gate to Gate): dans ce cas l’analyse comprend uniquement les processus interne à l’entreprise depuis la réception des matières premières, jusqu’à la fin de la production, sans tenir compte de l’extraction et la transformation de la matière première, le transport, la distribution, l’utilisation et la fin de vie.

- Berceau à la porte (Cradle to Gate): une ACV du berceau a la porte inclut des étapes en amont de la chaine de valeur, telles que l'extraction des matières premières et leurs transports.

- Berceau à la tombe (Cradle to Grave) : une ACV complète du berceau à la tombe inclus toutes les étapes de cycle de vie du produit sans omission.

Figure 8 : Options possibles des frontières d’un système [4]

Critères de coupure : La décision d’exclure une ou plusieurs parties du système doit être justifiée. Par exemple, dans la plupart des ACV, la production de biens d’équipement n’est pas incluse dans l’étude dans les frontières du système afin de simplifier l’étude [29]. Certaines ACV incluent les impacts environnementaux liés à la production, à la maintenance et à la mise au rebut des machines lorsque leurs coûts représentent une part importante du prix du produit. D’autres études incluent les processus de construction de

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bâtiments industriels dans les frontières du système parce que l'impact du chauffage et de l'électricité pendant la phase de l’utilisation est non négligeable.

2.2.4.2. Limites géographiques, temporelles et techniques

Outre les limites entre le système et les autres systèmes économiques, les limites de la représentativité géographique, temporelle et technique des processus du système doivent être définis lors de l’étude de l’ACV.

- Les Limites géographiques

Selon la norme ISO 14044, la représentativité géographique d’un système fait référence à la zone géographique à partir de laquelle les données relatives aux processus élémentaires doivent être collectées pour atteindre l'objectif de l'étude. Cette représentativité géographique peut être globale, continentale, régionale, nationale, locale ou au niveau de l’entreprise [30]. La prise en compte de la représentativité géographique est importante, puisque les différences géographiques influent sur la sensibilité de l’environnement aux polluants, la proximité des ressources naturelles, les infrastructures (les réseaux électriques, etc.), les différences de réglementation (taxes sur l'énergie, seuils d'émission, etc.), etc. [30]. Par exemple, les sources d’électricité du Danemark (principalement du charbon et de l’énergie éolienne) et de la Suède (principalement du nucléaire et de l’énergie hydroélectrique) varient beaucoup, malgré leur proximité géographique. Cela s'explique en partie par les différences géographiques (la Suède est un pays montagneux ce qui n’est pas le cas pour le Danemark) et par des différences sociales et politiques (la Suède possède des centrales nucléaires, contrairement au Danemark, principalement en raison des désaccords de l'opinion publique). Par ailleurs, on ne peut pas utiliser les données des diverses sources électrique Suisse lorsque en réalité le processus consomme l’électricité du Danemark, sinon les résultats des émissions de dioxyde de carbone associées au processus seront erronés.

- Limites temporelles et technologiques

Tout comme les limites géographiques, les limites temporelles et technologiques influent également la pertinence des résultats de l’ACV.

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La représentativité temporelle d’un processus est largement influencée par la durée de vie prévue du, ou des produits étudiés, mais aussi par leurs secteurs d’activité [16]. En effet, l’innovation technologique est « plus rapide » dans certains secteurs que pour d'autres. Par exemple, une période de dix ans considérés pour un processus unitaire peut avoir une haute représentativité s'il appartient à un secteur mature ayant peu d'innovation technologique (tel que l'industrie des pâtes et du papier). Cependant, cette représentativité peut être faible si le processus unitaire fait partie d'un secteur à développement technologique rapide (tel que l'informatique, l'énergie et le traitement des déchets).

La technologie utilisée est aussi un facteur important qui peut influencer les résultats d’une ACV. En effet, deux produits identiques peuvent être fabriqués à l'aide de deux technologies différentes, ce qui implique des flux d’inventaire différents. Par exemple, l'acier brut peut être produit à l'aide d'un Four à Arc Électrique (EAF) ou d'un Four Basique à Oxygène (BOF). La représentativité technologique détermine dans quelle mesure les données d'inventaire représentent les technologies réellement impliquées dans le système de produit étudié.

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3. Analyse de l'inventaire du cycle de vie

3.1.

Définition et principe de l’inventaire de cycle de vie

L’inventaire du cycle de vie (ICV), plus exactement appelé « inventaire des émissions et des extractions » est la deuxième phase de l’ACV, définie par la norme ISO 14040 comme étant la phase impliquant la compilation et la quantification des intrants et des extrants d'un produit ou d'un système de produits sur l'ensemble de leur cycle de vie. L’ICV consiste à quantifier les émissions dans l’air, l’eau et le sol ainsi que les extractions des matières premières renouvelables et non renouvelables pour toutes les étapes du cycle de vie incluses dans les limites du système [15].

L’inventaire implique la collecte et le traitement des données. D’une manière générale, il s’agit de quantifier, en premier, les flux (économiques et élémentaires) associés à chaque processus élémentaire et les mettre à l'échelle en fonction du flux de référence. Les données des émissions et extractions liées à ces intrants sont ensuite recherchées et mises en rapport avec l’unité fonctionnelle. Enfin, les émissions et les extractions totales sont agrégées en sommant les flux élémentaires et les émissions et extractions indirects de même nature. Par exemple, toutes les émissions de CO2 de tous les processus élémentaires sont additionnées en une seule valeur. La procédure de calcul de l’inventaire tel que proposée par la norme ISO 14040 est présentée à la figure 9.

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Figure 9 : Procédure de calcul de l’inventaire [6]

3.2.

Le processus élémentaire : élément de base pour la collecte de

données

Les diagrammes des flux des processus élémentaires et la description détaillée de chacun de ses processus, nous permet de disposer des informations nécessaires à la collecte et aux calculs des données.

Chaque processus élémentaire inclus dans les limites du système est considéré comme une boite noire (figure 10) pour laquelle les flux économiques et élémentaires seront déterminés et modélisés côté entrée et côté sortie.

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Figure 10 : Exemple de processus élémentaire - laminage de la tôle d'acier [15]

Les catégories des flux intrants et sortants pouvant être répertoriées dans un inventaire sont résumées dans le tableau 4. Les intrants incluent les flux élémentaires tels que les ressources matérielles et énergétiques, l’utilisation des sols, les flux de produits tels que les vecteurs énergétiques, les produits chimiques et les matériaux, les consommables, les pièces et composants, les produits semi-finis, les produits complexes et les services de tous types, etc. L’ensemble des intrants constitue ce qu’on appelle un inventaire de production. Les flux de sortie considérés dans un ICV sont les déchets générés, les produits et coproduits, les émissions dans l’air, l’eau ainsi que d’autres aspects environnementaux pouvant être pertinents tels que le bruit, les déchets naturels, etc.