Réalisation de l'ACV

Dans cette partie, nous allons présenter l'analyse de cycle de vie de la batterie lithium-ion et de la station de transfert par pompage marine

Définition de l'unité fonctionnelle et du champ d'étude

Cette partie représente la première étape de l’analyse de cycle de vie. Elle est également la plus importante. Si l’objet de l’étude est mal défini, l’analyse de cycle de vie, même bien menée, amènera à des résultats éloignés de la réalité. C’est dans cette étape que naissent également beaucoup de contestations quant à la qualité de l’analyse de cycle de vie. En effet, il est possible de rendre un produit « meilleur » en omettant certaines parties de sa vie depuis le berceau jusqu’à la mort.

Définition de l’unité fonctionnelle

L’unité fonctionnelle représente la quantification de la fonction d’un produit. A partir de la même unité fonctionnelle il doit être possible d’étudier différents scénarii, comme, dans notre cas, la batterie et la station de transfert d’énergie par pompage. Il faut, pour que l’unité fonctionnelle soit utilisable, qu’elle soit précise, mesurable et additive.

Dans le cadre de notre projet, nous avons décidé d’utiliser comme unité fonctionnelle : « Stocker une quantité d’énergie de 800 MW »

Définition du champ d’étude

Le champ d’étude est un outil qui permet de fixer le cadre de l’analyse de cycle de vie.

  Fonction principale Flux de référence Processus élémentaire

Scénario 1: Batterie Lithium-ions

Stocker une quantité d'énergie de 800 MW 92 592 593 batteries de 3,7 B et 2200 mAh

Étape de production

Utilisation

Fin de vie

Scénario 2: Station de Transfert d'Energie par Pompage Marine (STEP) Stocker une quantité d'énergie de 800 MW 1 station de transfert d'énergie par pompage marine

Définition du champ d'étude

 

Page éditée par Alejandro Orsikowsky, Basile Payen et Javier Pierna

ACV de la batterie

Dans cette partie, nous allons présenter l'analyse de cycle de vie d'une batterie lithium-ion

Inventaire des flux de matières et d'énergie

Liste d’entrées/sortants 

Pour débuter l’analyse de cycle de vie sur le logiciel SimaPro, il faut renseigner toutes les entrées connues de notre batterie (matériaux, carburants, électricité, chaleur). On va utiliser la méthode de calcul CML 1992 V2.03/WordCML, une des bases de calcul classique de SimaPro. Elle a été développée par l’université de Leiden et permet de classer les produits suivant leurs risques (écotoxicité, impact sur la couche d’ozone, création de déchets…). Elle propose aussi des méthodes de calculs propres pour chaque type d’impacts.

Liste d'entrées/sortants pour l'ACV de la batterie

 

Page éditée par Alejandro Orsikowsky, Basile Payen et Javier Pierna

Evaluation des impacts potentiels

Dans le tableau suivant on peut voir les données des différents impacts caractérisés par les différentes unités:

  

La mesure des impacts est réalisée grâce à la méthode de calcul choisie. Pour cela, il est nécessaire de connaître les unités utilisées:

1.- Ecotoxicité : (EC) Concentration qui crée des effets irréversibles.

TEP (terrestre): 1,4 kg dichlorobenzene eq = 1kgEC

AEP (aquatique): 1 kg triethyleneglicol eq= 1 kgEC

2.- Toxicité sur l’homme : (HC) Facteur qui classe la toxicité humaine.

1,4kg dichlorobenzene=1kgHC

3.- Acidification : (AP) Potentiel d’acidification.

1kg SO2 dans l´air=1kgAP

4.- Gaz à effet de serre: (kg GWP) Caractérise l’effet de serre sur 100 ans, le produit de référence est le CO2.

1 kg CO2 eq dans l´air= 1 kg GWP

5.- Eutrophisation: (kg NP) Rapport du besoin total d’énergie net sur le besoin d’énergie normal.

1kg NO3 eq=1kgNP

6.- Couche d’ozone: (kg ODP) Potentiel d’appauvrissement de la couche d’ozone.

kg CFC-11 eq dans l´air= kg ODP

7.- Smog: (kg POCP) Potentiel de création de smog.

1kg éthane dans l´air=1kg POCP

8.- Déchets solides: (kg de déchets).

9.- Ressources énergetiques: (MJ LHV) valeur de l'énergie dépensée (Lower heating value)

 1MJ eq=1MJ LHV

Dans le tableau ci-dessous sont présentées les données normalisées des différents impacts pour les analyser selon leur degré de pollution sur l’environnement:

On peut le voir de manière plus détaillée dans le graphique normalisé montrant la force des différents impacts.

On constate donc que dans notre cas, l’acidification est le paramètre le plus affecté par la batterie. Cela vient des grandes quantités de dioxyde de souffre relâchés aussi bien pendant la fabrication des métaux de notre batterie que lors des différentes étapes de transport.

On note également que l’écotoxicité, la toxicité humaine et la création de smog sont les facteurs les plus durement touchés après l’acidification. Cela provient également des nombreuses étapes de transport et de fabrication de la batterie.

Enfin, on peut remarquer que les impacts sur la couche d’ozone, les déchets émis et les énergies consommées sont extrêmement faibles. Pour la couche d’ozone, cela vient du fait que le procédé relâche majoritairement du CO2 et en petite quantité. Ce gaz fait partie des moins dangereux pour la couche d’ozone et donc il n’y a que peu d’impacts dessus. Quant aux déchets, cela provient du fait que le recyclage de la batterie est très bon et qu’il n’y a que peu de pertes.

Ecotoxicité

 

Dans le cadre de l’étude de l’écotoxicité de la batterie, on peut voir la grande contribution des métaux lourds comme le cuivre et le nickel. On peut aussi noter qu’une part importante de l’impact sur l’écotoxicologie est apportée par des composés organiques comme les PAHs ou le phénol.

  1. Cuivre

Dans les milieux aqueux, le comportement du cuivre est influencé par de nombreux processus : complexation avec des ligands organiques (surtout sur les groupes -NH2 et -SH, et dans une moindre mesure sur le groupe -OH) ou des minéraux, adsorption sur des oxydes métalliques, des argiles ou des matières organiques particulaires, bioaccumulation, présence de cations de compétition (Ca2+, Fe2+, Mg2+…), présence de sels (OH-, S2-, PO43-, CO32-…), échange entre les sédiments et l’eau. La majorité du cuivre rejeté dans l’eau est sous forme particulaire et tend à se déposer, à précipiter ou à s’adsorber à la matière organique, au fer hydraté, aux oxydes de manganèse ou aux argiles. Le cuivre est toxique pour les poissons et un certain nombre d’organismes aquatiques.

De plus, le cuivre s’accumule dans les premiers centimètres du sol et peut devenir toxique pour les organismes du sol, notamment les vers de terre.

  1. Nickel

Le Nickel est un élément chimique présent naturellement dans l’environnement. Cependant, le nickel est également émis par l’homme en grande quantité, principalement par la combustion des énergies fossiles. Par exemple en France en 2002, il y a eu des émissions de 218 tonnes de Nickel dans l’atmosphère. En grande quantité ce produit peut avoir un impact écotoxicologique. Les effets du Nickel sont peu étudiés mais il existe quelques valeurs qui montrent les impacts de ce produit sur l’environnement. Par exemple, sur la faune et la flore marine on observe des valeurs de CL10 comprises entre 0,001 et 0,04 mg/l, ce qui en fait un produit toxique. Il y a également un phénomène d’accumulation du Nickel dans le sol ce qui perturbe les espèces terrestres.

Dans notre procédé, on émet du Nickel dans les phases de production, de recyclage et de transport de la batterie.

  1. PAHs​

Les PAH (hydrocarbure aromatique polycyclique) sont des polluants issus de la combustion de carburants fossiles tels que le pétrole, le charbon et le gaz. Ce sont des composés avec un fort impact écotoxicologique. Par exemple, sur les oiseaux il a une CL50 (concentration létale 50) qui correspond à la mort de 50 % des oiseaux environ égale à 0,036 μg/g d’oiseaux, ce qui correspond à une valeur très faible. Le constat est le même pour les autres espèces animales telles que les reptiles et les amphibiens. Les PAHs sont des composés qui peuvent entraîner des mutations, des lésions, des tumeurs, un changement dans le comportement, une réduction du développement et peuvent perturber la reproduction.

  1. Phénol

Dans l’eau, les phénols sont plus lourds que l’eau et ils s’enfoncent. Ils peuvent se diluer doucement et devenir toxiques. En milieu aquatique, ils affectent de manière plus significative les espèces telles que le gardon et la carpe  (CL50 : 25 mg/l et 24 mg/l respectivement).

Dans l’air, les phénols exposés à la chaleur peuvent former des mélanges explosifs.

Dans le sol, le phénol subit une dégradation microbienne aérobie ou anaérobie, et c’est à cause de cela que l’accumulation des phénols est très faible.

Toxicité humaine

 

Les oxydes d’azote, le dioxyde de souffre, les oxydes de souffre et la suie sont les principaux produits qui contribuent à la toxicité humaine dans l’étude des batteries ion-lithium de  notre projet.

Le dioxyde de soufre est un composé toxique par inhalation facilement détectable en faibles concentrations par son odeur.  La combustion des fuels sulfurés et l´extraction des métaux utilisés pour la construction de la batterie sont des processus qui apportent la plus grande quantité de ce composé.

Concernant les autres oxydes de soufre (SOx), ils sont également très dangereux pour la santé. Ils proviennent aussi de la combustion des carburants fossiles.

La suie est formée lors de la combustion incomplète d´hydrocarbures. Dans notre projet, cela correspond surtout aux différentes étapes de transport, de fabrication et de recyclage de la batterie. La suie est très dangereuse pour la santé humaine car elle entraîne des problèmes vasculaires, un risque accru de  crises cardiaques et  des problèmes respiratoires.

Les oxydes d’azote (NOx) se forment lors de la combustion de carburants fossiles à hautes températures et comme la suie, la principale source est la pollution associée au transport et à l´assemblage des différents matériaux utilisés pour la fabrication de la batterie ainsi qu’à son traitement après utilisation. Ils entraînent des problèmes de santé lorsqu’ils dépassent le seuil de 4 ppm dans l´environnement.

Un dernier groupe de rejet affecte particulièrement la santé humaine, il s’agit du rejet de métaux lourds comme le nickel, le plomb ou l´arsenic. Même en faible quantité, ils sont très dangereux pour  la santé car ils sont très cancérigènes.

Acidification

Les oxydes de soufre et l’azote sont les principales causes de l´acidification. Ces substances représentent plus de 95% de ce type de contamination.

Le principal oxyde de soufre est le SO2, les émissions de ce produit proviennent majoritairement  du processus de combustion de carburants fossiles.

  • Dans les processus métallurgiques, une très grande quantité de SO2 est libérée dans l’atmosphère. Les métaux sont naturellement sous forme de sulfure (ex: NiS, CuS) et lorsqu’ils sont transformés en oxydes, il se produit la libération de SO2.
  • Dans les processus de combustion de carburants fossiles, le soufre réagit avec l’oxygène et crée du SO2

Concernant les émissions de dioxyde d’azote (NO2), les principales causes de rejet de cette substance sont les processus de combustion à hautes températures (véhicules motorisés et usines).

Nous pensons que ces émissions se produisent principalement dans les étapes de production des métaux et pendant le transport des matériaux par bateau ou par camion. Nous pensons également qu’il existe des rejets dans l’étape de recyclage de la batterie car il y a des combustions à très hautes températures.

Gaz à effet de serre

Les gaz a effet de serre produits par la batterie sont presque en totalité du CO2, il participe grandement  au réchauffement climatique et à l’effet de serre. Le CO2 serait le deuxième gaz à effet de serre le plus important dans l'atmosphère après la vapeur d'eau, contribuant respectivement à hauteur de 26 % et 60 % à ce phénomène.

Le Potentiel de Réchauffement Global (PRG) est un outil qui permet de comparer entre eux les différents gaz à effet de serre qui influencent le système climatique. Il est utilisé pour prédire les impacts relatifs de différents gaz sur le réchauffement climatique.

On peut trouver d’autres gaz générés par la batterie avec des PRG très élevés comme par exemple le méthane avec un PRG de 25 sur 100 ans, ou les FC-14 qui sont très persistants avec une durée de demi vie d´environ 50 000 ans et un PRG de 7390 sur 100 ans. Les oxydes de soufre ont quant à eux une longévité de 114 ans et un PRG de 298.

En prenant en compte ces valeurs, l’accumulation de ces composés, même en faible quantité, peut contribuer au réchauffement de la planète.

Eutrophisation

 

L’eutrophisation est un phénomène caractérisé par la modification et la dégradation d’un milieu aquatique. Cela est souvent caractérisé par la prolifération d’algues qui empêche la lumière d’atteindre le fond de la rivière ou de la mer. Il y a donc trop de nutriments lorsqu’un milieu aquatique est eutrophisé. Ce processus peut être lent et naturel et permettre à des lacs de se transformer petit à petit en marais puis en forêt mais il est plus souvent dû à l’action humaine qui impacte l’environnement avec des rejets de polluants agricoles ou industriels. L’eutrophisation est alors beaucoup plus rapide. Les phénomènes d’eutrophisation dus aux batteries lithium-ion viennent principalement du rejet de trois composés:

  • Le dioxyde d’azote
  • L’oxyde d’azote
  • Les phosphates
  1. Le dioxyde d’azote

Le dioxyde d’azote est un composé chimique de formule brute NO2. C’est un gaz très polluant dans l’atmosphère et très réactif. Dans le cas de l’eutrophisation, il réagit avec l’eau selon la réaction suivante :

3 NO2 +H2O -> 2 HNO3 + NO

Il y a donc production de monoxyde d’azote, un gaz toxique mais qui n’intervient pas dans les phénomènes d’eutrophisation, et d’acide nitrique liquide qui rend les pluies acides et participe fortement aux phénomènes d’eutrophisation.

Le dioxyde d’azote, dans notre processus, provient en grande majorité de la combustion de carburant, c’est à dire dans les étapes de transport, de fabrication et de recyclage de la batterie. La période d’utilisation de notre produit ne cause pas d’émission de ce type de gaz et n’est donc pas en soi un problème pour l’eutrophisation des milieux aquatiques.

   2. Les oxydes d’azote

On connaît plus souvent les oxydes d’azote sous le nom de NOx. Le dioxyde d’azote en est un mais il en existe beaucoup d’autres. Il y a:

  • Le protoxyde d’azote N2O
  • ​​​​​​Le monoxyde d’azote NO
  • Le trioxyde d’azote N2O3
  • ​​​​Le dioxyde d’azote NO2
  • Le tétraoxyde d’azote N2O4
  • ​​Le pentaoxyde d’azote N2O5

Ce sont des puissants gaz à effet de serre qui viennent en grande partie de la combustion de carburants fossiles tels que le pétrole, le charbon ou le gaz. Ils peuvent également être produits par des procédés industriels. Ce sont les deux raisons de la présence de ces produits dans la liste des produits de notre batterie impactant l’eutrophisation.

Ils impactent l’environnement de la même manière que le dioxyde d’azote en réagissant avec l’eau pour former de l’acide nitrique.

   3. Les phosphates

Les phosphates sont une famille de molécule ayant pour base commune la forme suivante.

(Source: Agriculture de conservation)

Ce sont des produits principalement utilisés dans le secteur agricole sous forme d’engrais pour apporter de l’azote et du phosphore à la terre. On se sert également des phosphates lors du processus de fabrication du vin. Ces provenances des phosphates ne nous concernent pas dans l’étude de la batterie.

Les phosphates sont également utilisés sous forme de phosphate d’aluminium pour fabriquer l’aluminium nécessaire à la batterie, c’est de cette partie du procédé que proviennent les émissions des phosphates. Ils ont un impact très important sur l’eutrophisation des milieux aquatiques, c’est pourquoi ils font partis des trois produits les plus impactant de notre étude.

Couche d'ozone

On peut voir sur le graphique que presque 100% des composés impactant la couche d’ozone à cause de ce processus sont dus au méthane (CH4). Les principales sources anthropiques de libération de méthane sont les combustibles fossiles. Ce gaz est donc principalement émis pendant l’extraction des minéraux, leur transport, la fabrication et le recyclage de la batterie.

Le méthane est un gaz qui contribue très fortement à la destruction de la couche d’ozone et au réchauffement climatique. Il permet le passage des radiations du soleil qui arrivent à la surface de la terre pour être absorbées ou pour être reflétées. Ces radiations reflétées sont retenues par les gaz à effet de serre comme le méthane de l’atmosphère, de cette façon, la température moyenne de la terre augmente et le réchauffement climatique apparaît. Bien que le CO2 soit le gaz de serre le plus connu, le méthane à un impact plus de 20 fois supérieur au CO2.

Smog

Le smog est un phénomène de brouillard urbain lors d’une période de grande pollution. Il peut être dangereux pour l’homme comme par exemple à Londres en 1952 où une pollution au dioxyde de souffre à entraîné la mort directe de 12 000 personnes et a atteint plus de 100 000 personnes avec  des effets à long terme. On peut voir que les phénomènes de smog causés par une batterie viennent à plus de 75% de produits de type hydrocarbures. La majorité du reste des émissions provient des composés organiques volatils. On peut avancer l’hypothèse que ces émissions sont principalement dues aux transports et aux différentes étapes de fabrication et de recyclage. En effet, ces gaz proviennent majoritairement de la combustion de carburants tels que le pétrole ou le gaz.

Lors du processus de fabrication et  de recyclage, on utilise de grandes quantités d’énergie, cela crée des rejets de pollution dans l’atmosphère. De plus, chaque étape de transport crée un apport de pollution car les bateaux et les camions émettent des substances du type hydrocarbures et composés organiques volatils. La période d’utilisation de la batterie n’est pas impliquée dans ce processus de création de smog. En effet, pendant la durée de vie de la batterie, il n’y a pas de consommation de carburant et donc pas de rejets d’hydrocarbures et de composés organiques volatils.

Déchets solides

L’analyse de cycle de vie de la batterie nous montre qu’il existe différents types de déchets. Cependant, plus de 90% de ces résidus sont des déchets inorganiques. Nous n’avons pas trouvé plus de précision quant à la composition exacte de ces déchets. Nous pensons donc qu’il s’agit d’un ensemble regroupant des déchets venant de la fabrication, du recyclage, du transport et de l’utilisation de la batterie.

Ressources énérgetiques

Les ressources les plus consommées durant la fabrication, l’utilisation et la fin de vie de la batterie peuvent se séparer en différents sous-groupes:

  • Les fuels pour le transport des matériaux.
  • ​​​​​​​​Le charbon et le gaz naturel pour l´extraction des matériaux et la fabrication de la batterie.
  • L´électricité nécessaire pour la construction, l’assemblage et la fin de vie de la batterie provient du nucléaire, des combustibles fossiles ou du gaz naturel.
  • Les autres ressources consommées sont le bois, des énergies renouvelables

Le problème environnemental associé à cette consommation d’énergie est la génération par combustion des polluants comme le CO2, le méthane ou les oxydes d’azote et de soufre, qui contribuent à détruire la couche d´ozone, à élever la température de la planète et à contaminer l´environnement.

 

Page éditée par Alejandro Orsikowsky, Basile Payen et Javier Pierna

ACV de la STEP

Pour effectuer cette étude, nous allons travailler en collaboration avec les autres binômes composant notre groupe de projet. En effet, l’objectif est de faire l’analyse de cycle de vie la plus précise possible de la station de transfert d’énergie par pompage marine (STEP).

Inventaire des flux de matières et d'énergie

Dans un premier temps, il nous a fallu récolter le plus d’informations possibles sur les matériaux et les quantités de ces derniers dont nous aurons besoin pour construire la STEP.

Le principal matériau est l’acier inoxydable qui composera nos canalisations. En effet, avec des tuyaux de 8,10 m de diamètre extérieur et d’une longueur totale de 2 760 m, il est nécessaire d’utiliser des quantités de métal assez énormes. Des canalisations de ce format ne sont pas standards et il a donc fallu trouver une épaisseur de tuyau. Nous avons décidé de prendre 20 cm d’épaisseur de paroi, ce qui assure une bonne résistance à notre installation sans pour autant utiliser trop de métal.

Pour ce qui concerne le transport, nous avons utilisé des camions de 40 tonnes en émettant comme hypothèse que nous fabriquions tous nos produits en Europe et que nous les transportions par camion entre les différents lieux de fabrication. Pour faciliter le calcul du nombre de camions nécessaires et des kilomètres qu’ils devaient parcourir, nous avons émis l’hypothèse que chaque matériau était produit à 1 000 km de l’étape suivante.

En ce qui concerne le recyclage, nous avons considéré que les métaux étaient des éléments qu’il était possible de recycler en grande partie tout comme les matières plastiques. On obtient donc un recyclage à 80% de notre installation.

Après inventaire du maximum des matériaux, voici le tableau récapitulatif des produits utilisés dans le cadre de notre étude.

inventaire des matériaux principaux de la STEP

On renseigne ensuite tous ces matériaux au logiciel SimaPro ainsi que les processus mis en œuvre pour fabriquer le verre, les différents métaux, les transports, la formation des plastiques. On obtient alors le réseau correspondant à notre station de transfert d’énergie par pompage marine.

Réseau de la STEP réalisé avec le logiciel SimaPro

On peut alors lancer la simulation, avec la même méthode que la batterie afin d’avoir des résultats comparables. On obtient alors un inventaire de tous les produits entrant en jeu dans les frontières que nous nous sommes fixées.

Inventaire des matériaux

 

Page éditée par Alejandro Orsikowsky, Basile Payen et Javier Pierna

Evaluation des impacts potentiels

Comme pour la batterie, on obtient des résultats sur différents impacts potentiels résultant de la fabrication, l’utilisation et la fin de vie de notre station de transfert par pompage marine. Les unités utilisées sont les mêmes que pour la batterie.

Résultats globaux de l'analyse de cycle de vie de la STEP

La normalisation des résultats de notre analyse de cycle de vie nous permet de voir quels sont les impacts les plus importants causés par notre station de transfert d’énergie par pompage marine.

Quantification des impacts de la STEP

 

On constate donc que les écosystèmes sont les systèmes les plus touchés par notre installation, loin devant les autres impacts. Le cadmium émis pendant la création de plomb et de cuivre ainsi que le mercure relâchés pendant la combustion du charbon sont les deux produits qui rendent notre installation si dangereuse pour les écosystèmes.

On peut aussi noter que la STEP marine relâcherait du chrome VI ce qui entraîne une toxicité humaine relativement importante. Comme nous consommons beaucoup de carburants fossiles, un de nos impacts les plus importants est la création de smog.

On peut maintenant étudier chaque impact séparément et essayer de déterminer d'où ils proviennent.

Ecotoxicité

Dans le cadre de la toxicité qu’entraîne la STEP sur l´environnement, on trouve des produits communs à la batterie comme les métaux lourds versées pendant la dure de vie de l’installation. Les deux métaux les plus présents sont le cadmium et le mercure, on trouve ensuite le  nickel, le cuivre, le zinc, le plomb, le cobalt et le chrome.

Le cadmium est émis par notre procédé lors de la création de plomb. Il peut également venir de l’incinération de certains produits lors du recyclage et se répandre sous forme de fumées jaunes dans l’atmosphère. Il s’accumulé facilement chez l’animal, principalement dans les reins et le foie et peut causer une augmentation de la pression artérielle et une dégradation du cerveau. Il est également présent et transporté par les boues d’épuration qui peuvent polluer la surface des sols. On retrouve alors du cadmium dans les plantes qui poussent sur ces sols. Les vers de terre sont également très affecté par le cadmium présent dans les sols et peuvent mourir avec des concentrations assez faible. En mer, ce produit d’accumule facilement dans les crustacés et peut donc ensuite être mangé par l’homme.

Le mercure est le second produit venant de notre STEP qui impacte le plus les écosystèmes. Il est émis lors de la combustion de carburants fossiles. Le mercure est absorbé par les micro-organismes et subit ensuite un phénomène de bioamplification jusqu’à l’homme. Il provoque sur la faune des troubles digestifs, une baisse de la reproduction  et une mortalité embryonnaire beaucoup plus forte. Il réduit également la croissance de la flore.

Le cuivre est surtout présent sur les câbles de notre STEP, il est également produit lors de la combustion de carburants fossiles. Il est ensuite assimilé par les sols et s’accumule dans les plantes ou les animaux. Certaines espèces de plantes survivent dans un sol contenant beaucoup de cuivre mais les autres disparaissent.

Toxicité humaine

Dans le cadre de l’étude de l’impact de notre STEP marine sur la toxicité humaine, on peut constater qu’il existe un produit présentant beaucoup plus de dangers que les autres, il s’agit du chrome VI (chrome hexavalent). Il est présent dans les aciers et comme nous avons des quantités importantes de ces aciers sur notre STEP, il est présent en grande quantité. Il peut provoquer différents symptômes:

  • Saignement de nez
  • Ulcères
  • Troubles respiratoires
  • Attaque sur le foie et les reins
  • Cancer du poumon
  • Décès
  • Dégradation du matériel génétique

Bien que le chrome VI soit le principal danger pour la santé humaine, il y a également les oxydes de soufre et d’azote qui présentent des risques. Comme pour la batterie, ils proviennent de la combustion de ressources fossiles et sont donc émis lors des étapes de transport, de fabrication et de recyclage de la STEP.

Acidification

Les oxydes de soufre ainsi que les oxydes d’azote sont les principaux produits ayant un impact sur l’acidification lors de la vie de notre STEP. Il s'agit d'une situation équivalente à celle de la batterie.

Concernant les oxydes de souffre, ils sont émis lors de la fabrication des métaux ou lors de la combustion de carburant, c’est-à-dire lors des étapes de transport, de fabrication et de recyclage de notre installation

Au niveau des oxydes d’azote, les principales causes de rejet de cette substance sont les processus de combustion à hautes températures de carburant, c’est-à-dire lors de l’utilisation de véhicules, de l’étape de fabrication et de recyclage.

Gaz à effet de serre

Avec les données obtenues après la réalisation de l´ACV sur les gaz à effet de serre, on constate que presque en totalité des émissions provenant de la STEP sont constituées de CO2 et de méthane.

Le dioxyde de carbone provient essentiellement de la combustion d’énergies fossiles, utilisés surtout pour le transport, l’extraction et la transformation des matériaux. Sur la planète, il est le principal gaz responsable de l’effet de serre anthropique (avec une contribution de 55%). Sur notre installation, il est également le gaz qui influence le plus l’effet de serre. Son pouvoir de réchauffement global (PRG) est de 1.

Le méthane (CH4) engendre environ 15 % de l’effet de serre anthropique. Il est produit lors de l’utilisation d’énergies fossiles telles que le pétrole, le gaz naturel ou le charbon. Il est également émis lors de l’extraction des minerais ainsi que lors des différentes étapes de transport. Son impact sur le changement climatique est 25 fois supérieur à celui du CO2, son pouvoir de réchauffement global (PRG) étant de 25.

On trouvé également comme produit le protoxyde d’azote (N2O). C’est une substance responsable d’environ 5% de l’effet de serre global. Son pouvoir de réchauffement climatique est de 298, soit 298 fois plus élevé que celui du CO2. Dans notre cas, il est produit lors de la combustion de carburants fossiles.

Eutrophisation

L’eutrophication, modification et dégradation d'un milieu aquatique,  est en général lié à un apport excessif de substances nutritives comme l´azote et le phosphore sous la forme d´oxydes qui augmentent la production d’algues et d'espèces aquatiques. Les principaux inconvénients de l'eutrophisation sont la diminution de la biodiversité et de la qualité de l'eau. Dans notre cas, ce sont les oxydes d´azote qui proviennent de la combustion des carburants utilisées pour le transport et la fabrication des matériaux qui ont un impact sur l‘eutrophisation ainsi que les grandes quantités de phosphates émises lors du processus de fabrication de l’aluminium. 

Couche d'ozone

On constate que les impacts sur la couche d’ozone ne viennent quasiment que du méthane. Ce dernier est produit en grande partie lors de la combustion de ressources fossiles telles que le pétrole, le gaz naturel ou le charbon. Ce gaz est donc principalement émis pendant l’extraction des minéraux, leur transport, la fabrication et le recyclage de la station de transfert d’énergie par pompage marine.

Comme pour la batterie, le méthane est un gaz dont l’impact sur l’effet de serre est très important. En effet, sa puissance est 20 fois supérieure à celle du CO2 et il contribue donc majoritairement à augmenter l’effet de serre dans le cadre de notre projet.

Smog

Comme vu précédemment dans l´ACV de la batterie, on peut noter que les hydrocarbures, les composés organiques volatiles (COVs) et les composés organiques volatiles non méthaniques (NMVOC) sont les produits présents dans notre installation ayant le plus de chance de créer un smog.

Comme dans le cas de la batterie, ce problème qui crée une brume brunâtre épaisse provient d'un mélange de polluants atmosphériques. Cela limite la visibilité dans l'atmosphère. Dans notre cas, cela provient du dégagement de gaz durant les différentes étapes de transport ainsi que lors de la fabrication des métaux tels que l’acier (celui que nous utilisons en plus grande quantité).

Déchets solides

Nous pouvons constater grâce à l’analyse de cycle de vie de la station de transfert d’énergie par pompage que notre installation produit des déchets de diverses sortes. Cependant, les données par rapport à ces derniers sont assez peu précises. Il est donc difficile de connaître exactement leurs origines.

Néanmoins, on peut constater que la principale source de déchet est inerte ce qui n’est donc pas un problème majeur pour l’environnement, il suffit alors de le stocker ou de l’incinérer.

Comme nous n’avons pas plus d’informations par rapport à ces déchets, nous pensons qu’ils proviennent des différentes étapes de production, de transport et de recyclage.

Ressources énérgetiques

Les ressources énergétiques consommées lors du cycle de vie sont principalement du charbon. En effet, lors du processus d’extraction et de fabrication des métaux, c’est cette ressource qui est la plus utilisée. On constate également que l’on utilise du pétrole pour les différentes étapes de transport. Le gaz est quant à lui utilisé lors de la fabrication des métaux. On observe également l’utilisation d’électricité par le biais de l’uranium des centrales nucléaires. D’autres énergies sont utilisées en plus faible quantité comme le bois, l’énergie solaire, l’énergie hydraulique et le méthane.

 

Page éditée par Alejandro Orsikowsky, Basile Payen et Javier Pierna

Interprétation des résultats

Cette partie va nous permettre de comparer les deux scénarii que nous avons utilisé pour faire notre analyse de cycle de vie. C’est à ce moment que l’on peut remarquer qu’il est primordial de bien avoir défini son champ d’étude ainsi que son unité fonctionnelle.

Nous avons donc travaillé avec comme unité fonctionnelle: « Stocker une quantité d’énergie de 800 MW ». Pour cela, nous avions deux scénarii:

  • 92 592 593 batteries lithium-ion de 3,7V et 2200 mAh

  • 1 station de transfert d’énergie par pompage marine

Le fait que nous ayons à utiliser autant de batteries pour avoir un équivalent de la STEP marine vient du fait que les technologies ne sont pas encore assez avancées pour obtenir des batteries pouvant contenir 800 MW. De plus, nous n’avions des données que pour un type de batterie de petite taille.

Les résultats de la STEP sont en rouge et ceux des batteries en vert

En utilisant ce graphique normalisé, nous pouvons voir les différents impacts des batteries et de la STEP marine. On peut également les comparer afin d'identifier l'installation semblant la plus viable.

On constate donc que l’impact de la STEP marine sur les écosystèmes est de loin le plus important. On peut également noter que la batterie a un impact très important sur l’acidification de l’environnement.

Gaz à effet de serre

On peut noter que la batterie rejette environ deux fois plus de gaz à effet de serre que la STEP. Pour les deux installations, l’impact créé par le rejet de ces gaz reste cependant faible par rapport aux autres impacts. Le principal gaz à effet de serre rejeté dans l’atmosphère est le CO2 pour la batterie et la STEP marine. Il s’agit d’un des gaz les moins nocifs pour l’atmosphère, nos installations n’ont donc pas un impact trop important à ce niveau.

Nous pouvons avancer comme explication à la différence des rejets entre la STEP et les batteries le nombre de kilomètres de transport à effectuer lors du processus des deux installations. En effet, notre hypothèse de 1 000 km de transport pour chaque matériau de la STEP est peut être un peu faible. De ce fait, nous obtenons une quantité de rejet de gaz à effet de serre plus faible.

Ecotoxicité

Les impacts de nos deux installations sur les écosystèmes sont très différents.

  • STEP marine : Le cadmium et le mercure sont les deux principaux éléments impactant les écosystèmes. Ils proviennent de la création du plomb et du cuivre ainsi que de la combustion du charbon

  • Batteries : Le cuivre, le nickel et les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont les 3 principaux produits dangereux pour les écosystèmes.

En comparant ces impacts, on voit que la STEP marine est plus de 10 fois plus dangereuse pour les écosystèmes que les batteries.

Toxicité humaine

La batterie est environ 20% plus toxique que la STEP marine. Cela vient du fait qu’une grande quantité de dioxyde de soufre est relâchée lors de l’extraction des métaux et des différentes étapes de transport. En ce qui concerne la STEP, il y a moins de dioxyde de soufre relâché. Le principal problème vient du chrome VI, très dangereux pour la santé.

On peut donc considérer que ces deux installations représentent un risque pour la santé humaine, certes moins important que pour les écosystèmes, mais dont il faut tout de même se préoccuper.

Eutrophisation

L’eutrophisation vient du rejet de phosphates et d’oxydes d’azote. Ils proviennent de l’extraction et la transformation des métaux ainsi que des diverses étapes de transport.

On remarque peu de différences entre nos deux procédés, les batteries ayant un impact légèrement plus fort que la STEP sur l’eutrophisation. Néanmoins, on peut noter que nos deux installations n’ont que peu d’impacts sur ce facteur.

Acidification

Les sources de l’acidification viennent des mêmes produits pour les deux procédés : les oxydes de soufre et les oxydes d’azote. Ce sont des composés émis lors de la fabrication des métaux et des différentes étapes de transport. Comme dit précédemment, prendre comme hypothèse 1 000 km par camion pour la STEP était peut être un peu faible et c’est pour cela qu’apparaît un écart entre la STEP et la batterie. Cependant, l’écart est plus important que s'il y avait seulement un kilométrage trop faible. Nous pensons donc que cela vient de la manière dont les matériaux ont été extraits. Il en résulte donc un impact sur l’acidification 10 fois plus important pour la batterie que pour la STEP.

Smog

Pour nos deux procédés, plus de 75% du risque de création de smog vient des hydrocarbures. Ces derniers sont produits lors des étapes de transport. Comme dit précédemment, notre nombre de kilomètres utilisé pour les matériaux de la STEP est sûrement sous-évalué. On constate un impact de la batterie très légèrement plus important que celui de la STEP sur la possibilité de créer un smog.

Couche d’ozone, ressources énergétiques et déchets

Pour la batterie et la STEP marine, l’impact sur la couche d’ozone est extrêmement faible et provient dans les deux cas du rejet de méthane dans l’atmosphère. Ce produit est rejeté lors des étapes de transport et il n’y a pas de différences significatives entre les deux installations.

Il en va de même pour les ressources énergétiques, l’impact créé par ces produits est négligeable.

Enfin, les déchets créés par ces deux types d’installation ont également un impact très faible par rapport aux autres facteurs que nous avons étudiés. Cependant, il nous a été difficile de trouver leurs origines.

Conclusions

Pour conclure sur la comparaison de l’analyse de cycle de vie de la station de transfert d’énergie par pompage marine et la batterie lithium-ion, on constate que les plus grandes différences viennent de l’impact sur l'écosystème et l’acidification.

Au niveau des impacts sur les écosystèmes, on a donc constaté que la STEP marine était beaucoup plus dangereuse que les batteries. Cela vient principalement du cadmium et du mercure. Pour rendre notre installation moins dangereuse pour les écosystèmes, il faudrait limiter l’utilisation du charbon lors des différentes étapes de création de métaux et de recyclage. On pourrait par exemple le remplacer par des énergies renouvelables telles que le solaire ou l’éolien.

Concernant l’acidification, la batterie cause beaucoup plus de problèmes que la STEP marine. Pour essayer de réduire cet impact, il serait nécessaire de limiter au maximum le transport, donc de produire les matériaux au plus près de l’installation finale. Il faudrait également essayer de placer les usines de recyclage à proximité du lieu d’utilisation de notre produit.

Enfin, au vu des impacts étudiés et des résultats que nous avons obtenus, il semblerait que les batteries soient moins dangereuses que la STEP pour notre environnement.

 

Page éditée par Alejandro Orsikowsky, Basile Payen et Javier Pierna