Life Cycle Assessment (LCA) is a holistic analysis approach that is widely used in the 21st century to comparatively evaluate potential environmental impacts of products, systems and processes. However, studies on the availability and...
moreLife Cycle Assessment (LCA) is a holistic analysis approach that is widely used in the 21st century to comparatively evaluate potential environmental impacts of products, systems and processes. However, studies on the availability and reliability of the data used have shown that uncertainties generated during these environmental assessments reduce the robustness of the results and the analysis chain. To overcome this issue, recent studies recommend the introduction of spatiotemporal specificities where solutions such as Dynamic Life Cycle Assessment or Regionalized Life Cycle Assessment have demonstrated their relevance. However, these LCA methods have some limitations in terms of operationality and versatility. The aim of this thesis is to develop a reliable and conceptualized tool to optimize LCA for assessing local impacts such as human inhalation toxicity. The approach is based on the coupling of complementary methods integrating the dynamics of the processes, the kinetics of the pollutant emission flows and determining spatio-temporal specificities. The result is the development of a new model called Sitedependent Dynamic Life Cycle Assessment (ACVDSd). The ACVDSd methods are: (i) ESPA (Enhanced Structural Path Analysis), a Dynamic Life Cycle Inventory method to integrate the spatial and temporal disaggregation of economic and elemental flows with distribution algebra,; (ii) a Gaussian modeling of pollutants atmospheric dispersion to evaluate the concentrations of received toxic substances; (iii) USEtox, a consensus model for the evaluation of the human toxicity and ecotoxicity impact. Furthermore, some significant factors of Ma profonde gratitude revient à mon directeur de thèse, Thien Phu LE, d'avoir accepté de m'accompagner sur ce sujet de thèse, de m'avoir apporté ses conseils les plus avisés. Je suis également redevable à mes deux encadrants, Amir-Ali FEIZ et Pierre NGAE, qui ont su me communiquer leur soutien et leur expertise scientifiques. Je tiens à remercier les membres du jury pour leur lecture attentive de ma thèse ainsi que pour leur présence à ma soutenance : la présidente Anne VENTURA, les rapporteurs Adélaïde FERAILLE et Patrick ROUSSEAUX, et les examinateurs Amer CHPOUN et Lionel SOULHAC. Leurs commentaires critiques et constructifs ont fortement contribué à améliorer mon travail. Merci à mes deux collègues du département Génie Mécanique et Productique de l'IUT d'EVRY : Emmanuelle DECLERCQ, maître de conférence, pour le temps consacré généreusement à la relecture de ma thèse ; Céline GRENAUD, maitre de conférence et chercheure en lettre moderne, pour ses conseils, son écoute et son amabilité. Je sais plus particulièrement gré à Lynda AISSANI, ingénieure de recherche à l'INRAE, et Julien GARCIA, ingénieur de recherche à l'IFP Énergies Nouvelles, de leurs nombreux conseils éclairés et de l'intérêt qu'ils ont pu porter à mon travail. Une spéciale dédicace à tous mes proches, Béatrice, Philippe, Geneviève, Tante Yvette, Papy Jeannot, Valérie et ma rayonnante fille Théodora. Votre foi en moi m'a permis de maintenir mon cap durant cette traversée semée parfois d'embûches. Merci infiniment à ma très chère et affectueuse Mère et mon adorable Père ! Omniprésents dans mes pensées et dont l'empathie, l'affection, la bienveillance, l'éducation et l'amour transmis furent déterminants pour me permettre de mener à son terme ce travail. A. Méthodologie B. Détermination de la matrice d'inventaire v C. Désagrégation spatiale D. Le temps dans ESPA D.1 Intégration du facteur temps dans ESPA D.2 Échelle temporelle dans ESPA E. Conclusion 3.3 Phase 3 de l'Analyse du Cycle de Vie Dynamique Site-dépendante 3.3.1 Couplage ESPA et modèle gaussien de transfert-diffusion A. calcul de la fonction débit Qs(t) B. Calcul de la fonction concentration temporelle de substance Cs(x,y,z,t) B.1. Modèle gaussien de panache B.2. Modèle gaussien à bouffées B.3 Conclusion 3.3.2 Couplage modèle gaussien de transfert-diffusion et USEtox A. Calcul de la fonction masse totale de substance Ms(t) B. Détermination du facteur de devenir spatio-temporel FFs(t) C. Détermination du facteur d'exposition spatialisé XFs D. Détermination de la fraction d'absorption spatio-temporelle IFs(t) E. Détermination du facteur d'effet toxicologique EFs F. Détermination du score d'impact IS , (t) 4 Conclusion CHAPITRE III : ÉTUDE DE FAISABILITÉ DE L'ANALYSE DU CYCLE DE VIE DYNAMIQUE SITE DÉPENDANTE 1 Introduction 2 Mise en oeuvre de l'ACVDSd 2.1 Contexte environnemental 2.2 Phase 1 de l'ACDSd : Cadre et Objectifs de l'étude 2.2.1 Objectif principal de l'étude 2.2.2 Méthodologie et outils numériques 2.2.3 Unité fonctionnelle A. Détermination de la surface totale de baie B. Définition de l'Unité Fonctionnelle 2.2.4 Champ de l'étude A. Frontières du système B. Les principaux composants de la baie C. Conditions particulières et hypothèses considérées D. Sources d'émission et polluants étudiés E. Code couleur F. Arbre des processus G. Procédés unitaires étudiés H. Indicateur d'impact retenu pour le scénario 2.3 Phase 2 de l'ACDSd : Inventaires du Cycle de Vie Dynamique Spatialisé 2.3.1 Inventaires du Cycle de Vie Conventionnel A. Outils numériques employés B. Vecteur de référence f ⃗ C. Résultats ICV Conventionnel D. Analyse résultats ICV conventionnelle 2.3.2 Inventaire du Cycle de Vie Dynamique Spatialisé avec ESPA A. Discernement spatial des procédés et de leurs flux associés B. Détermination des distributions temporelles fpk,i,j(t) et fek,i,j,s(t) C. Vecteur de référence dynamique r(t) ⃗ D. Calcul des composantes g , (t) des vecteurs substantiels v ⃗(t) avec ESPA 2.3.3 Résultats Inventaire du Cycle de Vie Dynamique Spatialisé avec ESPA Vérification de la validation de l'ICVDS 2.3.4 Analyse comparatives des résultats d'Inventaire du Cycle de Vie A. Similitudes des résultats d'ICVDS par rapport aux résultats d'ICV conventionnel B. Différences entre les résultats d'ICVDS et les résultats d'ICV conventionnel C. Conclusion sur le couplage avec ESPA 2.4 Phase 3 de l'ACVDSd 2.4.1 Calcul des concentrations des polluants atmosphériques sur des zones exposés A. Détermination du débit volumique d'émission local horaire Qs,k(t) A.1 Sélection des masses volumiques des polluants A.2 Détermination de la durée d'activation des procédés industriels B. Détermination des hauteurs des cheminées B.1 Vérification de l'erreur relative lors de la mesure de hauteur de toiture via Google Earth B.2 Hauteurs des cheminées industrielles et hauteurs des ventilateurs de toits C. Détermination des concentrations des substances polluantes autour de la source 6 C.1 Contexte topographique du site 6 C.2 Choix du modèle gaussien de transfert-diffusion de panache C.3 Contexte météorologique du site 6 en 2020 C.4 Zones d'exposition aux émissions issues de la source 6 C.5 Résultats des concentrations de polluants atmosphériques aux alentours de la source 6 D. Détermination des concentrations des substances polluantes autour de la source 7 D.1 Contexte topographique du site 7 D.2 Choix du logiciel CALPUFF pour la modélisation de transfert-diffusion à bouffées D.3 Contexte météorologique du site 7 en 2020 D.4 Zone d'exposition à la source 7 D.5 Résultats des concentrations de polluants atmosphériques aux alentours de la source 7 E. Conclusion sur le couplage avec un modèle gaussien de transfert-diffusion de panache ou de bouffées 2.4.2 Couplage du modèle gaussien de transfert-diffusion avec USEtox A. Détermination des Fate Factors FFs(t) A.1 Résultats et analyses des FFs(t) aux alentours de la source 6 A.2 Résultats et analyses des FFs(t) aux alentours de la source 7 A.3 Conclusion sur le calcul des FFs(t) B. Détermination des Intake Fractions IFs(t) B.1 Résultats et analyses des IFs(t) à proximité du site 6 B.2 Résultats et analyses des IFs(t) à proximité de la source 7 B.3 Conclusion sur le calcul des IFs(t) C. Détermination des Facteurs de Caractérisation CFs(t) C.1 Résultats et analyses des CFs(t) du NOx et du SO2 à proximité du site 6 C.2 Résultats et analyses des CFs(t) du NOx et du SO2 à proximité du site 7 C.3 Conclusion sur le calcul des CFs(t) D Détermination des scores d'impact IS , (t) D.1 Résultats et analyses des IS , (t) à proximité du site 6 D.2 Résultats et analyses des IS , (t) à proximité du site 7 D.3 Conclusion sur le calcul des IS , (t) Matrice d'intervention ou environnementale (matrice de l'écosphère) intégrant la différenciation spatiale et dynamique de chaque flux élémentaire 7 ⃗(8) Vecteur flux de référence spatio-temporel