Qu'est ce que l'Analyse de Cycle de Vie ?

Cette partie a pour objectif de vous présenter ce qu'est une analyse de Cycle de Vie. Nous aborderons ici l'origine de cette méthode, son principe, son cadre méthodologique, ses applications, et bien sûr, les limites qui lui sont inhérentes.

 

Plan

 

1- Le contexte et les origines de la méthode ACV

2- Qu'est ce que la méthode ACV

3- Applications fréquentes de la méthode ACV

4- Les points faibles de la méthode ACV

5- Bibliographie

 

1- Le contexte et les origines de la méthode ACV

La société industrielle que nous avons développé depuis la fin du XVIIIème siècle a entraîné une augmentation des productions et une diversification des produits qui nous sont disponibles et dont nous aurions aujourd’hui grand mal à nous passer. Actuellement, il est indéniable que les différentes étapes du cycle de vie de ces produits (extraction, production, distribution, consommation, fin de vie…) sont, pour une grande partie, responsables de la dégradation de notre environnement et de l’épuisement des ressources naturelles à laquelle nous assistons. Ainsi, la prise de conscience de ces problèmes implique qu’il est nécessaire d’avoir une meilleure connaissance des différentes étapes de fabrication des produits en ce qui concerne leurs impacts sur l’environnement.

Cette prise en compte progressive de nos impacts sur l’environnement s’est concrétisée en 1970 avec la notion de  "technologie propre" qui prend en compte la nécessité de réduire les pollutions et d’économiser les matières premières et l’énergie lors des procédés de fabrication .

Un autre palier a été franchi dans les années 80 qui ont vu se développer une nouvelle notion allant au-delà de la simple étape de production: la notion d’ « Eco-conception» [1]. Celle-ci consiste à « intégrer l’environnement à toutes les phases (et le plus en amont possible) du développement d’un produit (au même titre que les autres critères : sécurité, santé, etc.)” [2] . Cette évolution peut se visualiser grâce à la figure suivante.

L’éco-conception, un concept qui prend en compte l’environnement: L’éco-conception, un concept qui prend en compte l’environnementL’éco-conception, un concept qui prend en compte l’environnement [2]

 

Ainsi, avec ce concept, les produits eux même et leur utilisation sont soumis à une réflexion quant à leur impact sur notre environnement : cela va donc au-delà de l’unique procédé de fabrication.

PAR EXEMPLE : On envisage différemment les emballages : pour des balles de golf, on passe de conditionnement sous forme de boite en PVC de 70g à des filets pastiques de 15g. Ceci permet de diminuer les poids lors des transports et de réduire les émissions de Gaz à effet de serre.

C’est dans ce contexte et cette volonté d’intégrer la totalité de la chaîne de vie d’un produit dans l’évaluation des impacts sur l’environnement que la méthode ACV s’est développée et est devenue rapidement incontournable [1].

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2- Qu’est-ce que la méthode ACV ?

« L’ACV consiste à évaluer tous les impacts environnementaux potentiels d’un système (ensemble des opérations se rapportant à un produit, procédé ou service) assurant une ou plusieurs fonctions le long de son cycle de vie » [1]. Cette méthode est normalisée depuis 2000 grâce à la norme ISO 14040 à 14043.

Représentation d’un cycle de vie : « du berceau à la tombe »: Représentation d’un cycle de vie : « du berceau à la tombe »Représentation d’un cycle de vie : « du berceau à la tombe » [3]

 

Cette méthode se divise en quatre parties qu’il convient de détailler afin de cerner les objectifs que permet d’atteindre une ACV.

 

2.1- Etape 1 : La définition des objectifs et du contexte de l’étude

  • La définition des objectifs

C’est l’étape préalable et primordiale dans toute réalisation d’ACV. En effet, l’ACV est réalisée pour répondre à des questions spécifiques dont la nature va déterminer les objectifs de l’étude. Généralement, celle-ci aura pour principal objectif de faire une évaluation comparative à deux niveaux [1]:

-    Au sein d’un même cycle de vie, entre les différentes étapes qui le composent. Ceci permet de mettre en avant l’étape du cycle de vie la plus impactante en vue d’une amélioration de celle-ci.

-    Entre cycle de vie « concurrents », ce qui permet d’identifier les systèmes les moins impactants et fait donc de l’ACV un outil puissant d’aide à la décision.

Ainsi, il faut définir en début d’ACV QUI est intéressé par l’ACV et POURQUOI. En effet, les enjeux d’une ACV peuvent être larges et intéresser un large panel d’acteurs : des entreprises qui vont décider d’un certain type d’emballage pour un nouveau produit, mais aussi les consommateurs qui pourraient avoir envie d’analyser le choix qu’une entreprise cherche à présenter comme profitable, ou encore l’organe législatif qui chercherait à encourager ou non l’usage de certain matériaux de substitution.

Une fois les objectifs de l’étude définis, les systèmes à étudier doivent être parfaitement explicités : ceci passe par la définition des frontières du système.

  • Le contexte de l'étude: l'imporatance de la définition des frontières du système

Le « système étudié » est composé de toutes les activités humaines qui font partie du cycle de vie du produit. Définir les frontières du système consiste à dégager les flux entrants (ressources naturelles) et les flux sortant (rejets dans l’environnement) de notre système. Ainsi, afin de représenter ces limites, on construit des diagrammes de flux de matières appelés « arbres des procédés », comme le décrit la figure ci-dessous.

Représentation de base d’un arbre des procédés [1]: Représentation de base d’un arbre des procédés Représentation de base d’un arbre des procédés [4]

On se rend compte, avec l’observation de cette figure, que chacune des étapes principales se divise elle-même en sous étapes possédant leurs propres arbres des procédés, faisant des systèmes étudiés par méthode ACV des systèmes très complexes.

PAR EXEMPLE : L’étape « acquisition des matières premières » comprend l’extraction, les traitements (raffinage, etc.), le transport, etc. qui représentent à eux-mêmes des systèmes à part entière, et ceci pour chacune des matières premières nécessaires …

Pour parer à ceci, il existe des bases de données recensant certaines étapes clefs, que l’on retrouve souvent dans chaque ACV. Ainsi on dispose des données sur les flux entrants et sortants sans avoir à refaire les ACV sur chacune des étapes à chaque fois.

Une fois que l’on a recensé toutes les opérations qui sont incluses dans le système, on peut essayer de simplifier notre ACV en enlevant certaines étapes. Cependant, les règles sont strictes pour simplifier le système : une étape ne pourra être enlevée que si son absence ne modifie pas les résultats finaux. Majoritairement cela concerne des étapes qui sont les mêmes entre différents cycles de vie.

PAR EXEMPLE : Pour la mise en œuvre de différents emballage, malgré que la résine d’origine soit différente, si le procédé de fabrication de l’emballage est le même, on pourra exclure cette étape du système.

Enfin, il est important de soulever qu’en plus de la détermination des opérations entrant dans les frontières du système, il faudra aussi définir des frontières spatiales et temporelles. En effet, les limites géographiques changent car les pratiques industrielles, la législation et les habitudes des consommateurs ne sont pas les mêmes d’un endroit à l’autre. Ainsi, par exemple, la moyenne des km effectuée par transports routiers en Europe n’est pas évaluée de la même manière qu’aux USA où le transport ferroviaire est plus courant. Les limites temporelles quant à elles, ont aussi leur importance : il faudra s’assurer de leur représentativité au cours du temps si elles datent un peu [4].

 

2.2- Etape 2 : Réalisation de l’inventaire

Dans cette étape, il s’agit de faire un bilan en quantifiant les flux de matières et d’énergie qui entrent et sortent pour chaque opérations (sous-système) que comporte le système, puis sur ce dernier tout entier. Ainsi, la réalisation de l’inventaire passe pas cinq étapes majeures.

  • La construction d'un cadre de travail

Cette étape vient dans la continuité de l’étape de définition des objectifs explicités plus haut. Elle demande à l’acteur de l’étude d’aller au delà du contexte global et de se pencher précisément sur les informations relatives au système à étudier. C’est à ce moment là que l’on doit définir l’unité fonctionnelle du système. En effet, pour pouvoir comparer différents systèmes, il faut raisonner sur une fonction de l’objet ou service produit qui soit la même entre les différents systèmes étudiés.

PAR EXEMPLE : Unité fonctionnelle pour de la peinture : « 100 m² de mur peint avec un degré d’opacité définit et pour une durée de 20 ans ». On se rend bien compte que si l’unité fonctionnelle est mal définie, par exemple que l’on ne précise pas le temps de vie de la peinture et que l’un des systèmes est valable pour une peinture de 10 ans et l’autre de 20 ans, la comparaison ne sera pas possible.

Il est très important de bien la définir afin de faire des comparaisons réalistes. Pour ceci, on se basera sur l’objectif de l’étude réalisée, l’utilisation de l’objet, la fonction étudiée.

  • La collecte des données

Dans un premier temps, il faut identifier tous les procédés présents au sein du système étudié. Ceci constitue la première étape de collecte des données, et passe, comme pour toute démarche scientifique, par une recherche bibliographique.

Dans un second temps il faut réunir un grand nombre de données relatives à chaque procédé : consommations en matières premières, en énergie, les rejets dans l’environnement, etc. C’est un point un peu délicat et fastidieux car ces données n’existent généralement pas dans la littérature et doivent être recueillies auprès d’industriels qui n’ont pas toujours intérêt à coopérer.

Une fois que les données sont collectées, il reste encore un gros travail de calcul pour convertir les données au format désiré en vue de pouvoir les traitée par informatique. Par exemple, les données relatives aux matières premières sont souvent exprimées en termes de production annuelle, les rejets dans l’eau, en termes d’unité de polluants par unité d’eau déversée… Il faudra donc les convertir pour les obtenir en « unité pour quantité de produit donnée » qui correspond à l’unité fonctionnelle définie au préalable.

  • La construction d'un modèle informatique

La modélisation peut s’effectuer à l’aide d’un tableur ou d’un logiciel de base de données. L’objectif de cet outil sera de compiler les flux entrants et les flux sortants de chacune des étapes du système.

Pour notre part, nous nous sommes servis d’un tableur Excel. Les modalités des calculs effectués sont décrites dans la suite de ce site Internet.

 

2.3- Etape 3 : Caractérisation des impacts environnementaux

  • Définition de cette étape

Cette étape consiste à traduire les flux de matière et d’énergie recensés précédemment en termes d’impacts potentiels sur l’environnement [5]. Là encore elle se divise en plusieurs phases :

La classification des impacts

Cette phase consiste d’abord à choisir une liste pertinente de catégories d’impacts à prendre en compte. Pour notre part, cette étape est réalisée dans la définition du cadre de l’étude.

La caractérisation des impacts

Elle consiste à déterminer la nature et la proportion de chaque émission pour chaque impact. Par exemple, pour l’impact acidification, le NOx et le SO2 interviennent avec des coefficients respectifs de 7.10-1 et de 1.

  • Descriptif de quelques impacts...

Les impacts étudiés se divisent en deux familles principales : d’une part les impacts locaux, toxicologiques et éco-toxicologiques ; d’autre part les impacts globaux, écologiques (effet de serre, dégradation de la couche d’ozone, épuisement des ressources naturelles, etc.). Dans cette partie nous allons décrire principalement les impacts que nous avons évalués dans l’étude, mais il en existe bien d’autres.

L’impact « effet de serre »[5]

Certains gaz de la troposphère absorbent une partie du rayonnement infrarouge réfléchi par la surface de la Terre, piégeant ainsi une partie de l’énergie solaire dans les basses couches de l’atmosphère.

Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le peroxyde d’azote (N2O), les CFC, les oxydes d’azote (NOx) et l’ozone (O3). Lorsque ces gaz, lors de la fabrication d’un produit ou de son utilisation, sont rejetés en quantité importante, leur concentration dans l’atmosphère augmente, ce qui provoque un effet de serre additionnel qui induit un réchauffement global de la surface de la planète.

Pour évaluer le réchauffement de la planète, on a mis en place un indicateur : le potentiel de réchauffement global (GWP : Global Warming Potential). Celui-ci est évalué à partir de l’estimation de la contribution potentielle de chaque substance à l’effet de serre . L’unité reconnue pour l’estimation de cet impact est le kg d’équivalent CO2.

L’impact « acidification »[5]

L’acidification des milieux est un phénomène régional dont les principaux facteurs sont l’anhydride sulfureux (SO2) qui se transforme en acide sulfurique (H2SO4), les oxydes d’azote (NOx) en acide nitrique (HNO3), et l’acide chlorhydrique (HCl). Pour notre part, nous avons étudié cet impact à travers l’acidification de l’air (pluies acides), mais on aurait pu aussi considérer l’acidification des eaux des surfaces. Là encore, on utilise un indicateur, appelé « potentiel d’acidification » (AP) qui est exprimé par rapport à l’effet d’acidification du dioxyde de soufre. L’unité reconnue pour la mesure de la contribution est le kilogramme de SO2. On parle alors de SO2 équivalent.

De même que pour l’impact effet de serre, on obtient la contribution d'un produit à cet effet en multipliant, pour toutes les substances, l'AP avec la quantité émise (m), puis en additionnant sur toutes les substances.

L’impact « épuisement des ressources naturelles »[5]

Plusieurs méthodologies ont été mise en place pour évaluer l’épuisement des ressources naturelles. Les deux principale sont l’approche CML (Centruum voor milieukunde Leiden) et l’approche par les éco-indicateurs 99.

La première, simpliste, consiste à calculer l’épuisement des ressources abiotiques uniquement sur celle dont l’épuisement est prouvé ou est sensé avoir lieu dans les cent prochaines années. La seconde, plus complexe, se déroule en deux étapes : l’analyse des ressources et l’analyse des dommages. Elle se base sur les modèles de prédiction d’épuisement des ressources, ce qui en fait une méthode assez incertaine.

L’impact « Oxydation photochimique »

L'oxydation photochimique est un phénomène qui met en jeu les oxydants qui se forment à partir de rejets d'oxydes d'azote et d'hydrocarbures sous l'action des rayons du soleil. Ils s'agit d'acides nitriques, d'aldéhydes et d'ozone. Les oxydes d'azote interviennent comme catalyseur de la chimie de l'ozone. A des teneurs élevées ils sont lentement éliminés par oxydation en acide nitrique et contribuent alors à l'acidité des précipitations.
Cet impact est évalué en kg d’équivalent éthylène.


2.4- Etape 4: L’évaluation globale des impacts et interprétation

L’objectif de l’ACV est de comparer les impacts potentiels de systèmes. Cette comparaison porte soit sur  les cycles de vie de différents systèmes rendant le même service (l’objectif est alors d’identifier quel est le (ou les) système(s) les plus respectueux de l’environnement), soit sur les différentes étapes du cycle de vie d’un système donné (l’objectif étant ici de connaître les points faibles et les points forts d’un système sur l’ensemble de son cycle de vie).

Quel que soit l’objectif, cette dernière phase revient à agréger l’ensemble des informations obtenues à la précédente phase de caractérisation pour aboutir à une appréciation environnementale globale des systèmes, utile à l’aide à la décision. Ainsi, l'interprétation des résultat va passer par la réalisation d'une synthèse des bilans environnementaux et une exploitation de ces bilans afin de répondre au mieux aux objectifs décrit dans la première phase de l'ACV.

3- Applications fréquentes de la méthode ACV

En ce qui concerne les applications des analyses de cycle de vie, elles servent souvent afin d'étudier et de labéliser des produit simples tels que les emballages, les lessives, les peintures, etc. Cependant, elle peuvent aussi répondres à des objectifs tels que [1]:

- L'écoconception des porduits et des procédés, c'est à dire, comme définit au premier chapitre, l "prise en considération de l'environnement dans la phase de conception des produits;

- La sélection d'un produit ou d'un procédé le moins impactant sur l'environnement parmi les diverses solutions qui s'offrent au décideur;

- L'amélioration d'un produit, service ou procédé par observation des phases du cycle de vie les plus influantes sur l'environnement;

- La gestion d'un procédé et son contrôle par comparaison à une situation de référence;

- La proposition de règlementations.

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4- Les points faibles de la méthode ACV

La disponibilité des données ainsi que des lacunes métodologiques persistantes sont les principales limites de la méthode ACV.

  • Disponibilité et qualité des données

En effet, on a vu que la réalisation d'une ACV demande des recherches bibliographiques importantes et une quantité de données toute aussi grande. Ces données sont souvent incomplètes et inutilisables car [1]:

- Ce ne sont pas des données que les industriels ont l'habitude de mesurer;

- Les données peuvent être confidentielles;

- Elles sont trop agrégées dans les base de données et donc difficilement exploitables;

- Elles ne sont pas disponibles sous format informatique.

Pour faire face à ces différents problèmes, il faudrait mettre en place un système de données standard (regroupement par un organisme tel que l'ADEME ou l'IFEN), mais la méthode est encore récente et ce n'est donc pas automatique.

Ainsi, du fait de cette faible disponibilité des données, on est souvent amené à poser des hypothèses ou à simplifier les raisonnements, ce qui rend l'ACV valable dans un champ d'étude très strict et elle n'est alors pas réutilisable en dehors des hypothèses.

  • Lacunes méthodologique persistantes

Celles-ci touchent principalement l'évaluation des impacts avec notamment la nécessité d'intégrer des paramètres spacio-temporels dans les bilans matière et énergie, et des facteurs d'impacts qui gagnent encore aujourd'hui à être affinés.

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5- Bibliographie


[1] Rousseaux P. Octobre 2005. Analyse du Cycle de Vie (ACV). Techniques de l’ingénieur. G 5500, Environnement, Mise en oeuvre des outils orientés produits.
[2] Tissandié C. 2 mars 2009. Conférence : Emballages et Eco-conception.
[3] Sablayrolles C. 2008. INP ENSIACET. Polycopié de cours : Généralités sur l’Analyse de Cycle de Vie.
[4] Kusco B., Franklin W. Octobre 2005. Analyse de cycle de vie, réalisation de l’inventaire. Techniques de l’ingénieur. G 5500, Environnement, Mise en oeuvre des outils orientés produits.
[5] Khalifa K. Octobre 2002. Analyse de cycle de vie, méthode d’évaluation des impacts. Techniques de l’ingénieur. G 5615, Génie Indutriel, Environnement.

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