Projet ANR-13-IS09-0007 – DyPLCA : Evaluation environnementale des procédés en fonctionnement dynamique – prise en compte du temps dans la méthode d’Analyse du Cycle de Vie
Programme : Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SIMI 9 - Energie, Sciences de l’Ingénierie, Procédés et Matériaux (Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SIMI 9)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Ligia BARNA (Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés)
Partenaires : CRP Henri Tudor Centre de Recherche Public Henri Tudor; Centre scientifique et technique du bâtiment; Laboratoire d'Informatique, de Traitement de l'Information et des Systèmes; Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés
Montant : 320840.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Evaluation environnementale des procédés en fonctionnement dynamique – prise en compte du temps dans la méthode d’Analyse du Cycle de VieL’Analyse du Cycle de Vie est la méthodologie la plus utilisée pour l’évaluation de la durabilité des systèmes économiques. Dans la méthode conventionnelle ACV les systèmes sont considérés en conditions stationnaires, négligeant la dimension temporelle. Les modèles de calcul des impacts environnementaux utilisent les inventaires statiques et des modèles quasi statiques. DyPLCA va introduire la dimension temps dans la méthode ACV pour permettre des évaluations plus réalistes.
Objectifs et enjeux du projetL’objectif majeur du DyPLCA est de développer une approche compréhensive et opérationnelle (méthodologie et outils) pour la prise en compte effective de la dimension temporelle dans l’ACV, avec une attention particulière pour le développement d’une modélisation intégrée pour l’inventaire du cycle de vie (LCI au niveau foreground et background) et le calcul des impacts (LCIA). Les résultats à la fin du projet seront une méthodologie, modèles et outils informatiques pour l’ACV dynamique, bien au-delà des pratiques courantes basées sur des scénarios, et dans une forme accessible aux utilisateurs de l’ACV.  Le modèle sera testé et appliqué sur 3 cas d’études pertinents : 1) biotechnologies (fonctionnement complexes, dynamiques, voire cyclique), 2) le bâtiment (dynamique, long terme), 3) le bruit généré par les transports (dynamique, stochastique). Ces systèmes ont été choisis pour leur contribution importante aux impacts générés et aussi pour la pertinence de l’échelle temporelle dans leur évaluation. DyPLCA va produire des nouvelles connaissances, au-delà de l’état actuel de la science de la durabilité, se focalisant sur 1) l’approfondissement et élargissement des frontières de l’ACV , et modélisant l’ACV dans un mode générique par la combinaison et l’harmonisation des comportements temporels de systèmes de taille très différente. 2) implémentation de la modélisation dans trois cas d’études d’intérêt sociétal. En plus de la dissémination par promotion scientifique et technique, l’enseignement supérieur va bénéficier des résultats du projet grâce aux partenaires académiques impliqués, et les laboratoires respectifs vont bénéficier des répercussions sur leurs stratégies de recherche.
Methodologie d'étudeLe projet est structuré en 4 tâches scientifiques. Tout d’abord, le cadre théorique pour l’ACV dynamique (LCI et LCIA) sera développé, ce qui représente le cœur du projet. Le travail est basé sur la modélisation dynamique des réseaux de processus et la caractérisation dynamique de quelques catégories d’impacts environnementaux sélectionnés. Le développement théorique représente le cœur du projet. Cette partie est développée avec des liens étroits et en synergie avec les trois tâches suivantes concernant trois types de systèmes dynamiques ayant un comportement spécifique en fonction du temps au niveau du LCI et LCIA. Les bio-technologies se caractérisent par un fonctionnement fortement dynamique voire cyclique. Les systèmes bâtiment sont également dynamiques dans toutes les étapes de leur cycle de vie. Cette étude vise l’étape d’utilisation avec un intérêt particulier pour la consommation énergétique et l’émission des polluants à long terme. Le bruit généré par les transports sera étudié en prenant en compte les aspects dynamique des phénomènes à partir de la génération du bruit jusqu’à son impact sur la santé humaine. Les différent cas d’études vont servir à la caractérisation temporelle des cycles de vie comprenant le LCI et LCIA ; ils sont donc nécessaires pour le développement théorique des méthodes et outils informatiques de l’ACV dynamique comme nouvelle méthode.
Résumé de la soumission : Depuis le rapport Brundtlant 1987, l’évaluation de la durabilité des systèmes économiques a évolué depuis des vagues concepts vers des méthodologies confirmées et des outils de modélisation. Ces méthodes sont appliquées de nos jours dans la plupart des secteurs économiques, dans l’industrie et la réglementation, et sont développées dans le milieu académique partout dans le monde, un des issus majeurs étant l’écoconception des activités humaines. C’est particulièrement le cas de L’Analyse du Cycle de Vie (ACV), guidée par les normes ISO14040-44 et au cœur de la règlementation et la recherche européenne. Après 20 ans de développements, des efforts sont actuellement orientes vers l’approfondissement et l’élargissement de la méthode ACV pour accompagner le développement de produits plus respectueux de l’environnement, ainsi que pour guider des orientations de société, par exemple l’électromobilité, le secteur des constructions, les biotechnologies. Malgré ces développements, l’introduction de la dimension temporelle dans l’ACV a été complètement sous-estimée et sous-exploitée. Dans l’ACV conventionnel, les systèmes humains sont considérés en conditions stationnaires, comprenant des activités élastiques, négligeant les décalages dans le temps des processus couplés, etc. Au mieux, la pratique courante considère différents scenarios dans lesquels des éléments d’inventaire liés à la dimension temporelle sont changés en fonction des évolutions technologiques, de marché ou règlementaires. Selon le même raisonnement, les modèles de calcul des impacts environnementaux (liant l’inventaire aux impacts environnementaux) sont simplifiés à un monde statique, à l’équilibre. Les modèles conventionnels de l’ACV sont effectivement des simplifications idéalisées de la réalité, qui elle, par contre est fortement dynamique, variable dans le temps. L’objectif majeur du projet DyPLCA est le développement d’une approche compréhensive et opérationnelle (méthodologie et outils) pour la considération proprement dite de la dimension temporelle dans l’ACV, avec un focus important sur le développement d’une modélisation intégrée pour les deux phases de l’ACV, à savoir l’inventaire du cycle de vie (LCI) et l’évaluation des impacts du cycle de vie (LCIA).Les résultats obtenus à la fin du projet seront : une méthodologie, modèles mathématiques et numériques (logiciels) pour ACV dynamique (bien au-delà des pratiques courantes basées sur des scénarios de prévisions). Ces outils seront dans une forme utilisable par les praticiens de l’ACV. Les modèles développés seront testés et appliqués à trois cas d’étude pertinents: 1) bioprocédés (fonctionnement dynamique complexe, cyclique), 2) bâtiment (système non stationnaire à long terme) ; 3) bruit engendré par la circulation des voitures et impacts sur la santé humaine (fortement dynamique et stochastique). Ces systèmes ont été sélectionnés à la base de leur contribution importante aux impacts générés par la société humaine, et pour leurs caractéristiques dynamiques ayant une influence sur les performances environnementales. Dans le projet DyPLCA, des nouvelles connaissances seront créées, clairement au-delà de l’état de l’art dans le domaine de recherche de l’ACV : 1) Approfondir et élargir le domaine ACV et les outils de modélisation par la combinaison (couplage) de techniques de caractérisation temporelle et des outils ACV, et par l’harmonisation des inventaires dynamiques au niveau des procédés (utilisation de la base de données Ecoinvent v3) avec les comportements dynamiques des systèmes plus larges (réseaux de procédés). 2) Implémentation de ces modèles et approches dans 3 cas d’étude d’intérêt majeur. En dehors de la communication et promotion de la culture scientifique et technique, l’enseignement supérieur va bénéficier des résultats du projet grâce à l’intervention des partenaires académiques du projet et les répercussions importantes du projet sur les stratégies de recherche des laboratoires respectifs.
Résultats : Les principaux résultats du projet seront: 1) une méthode compréhensive et opérationnelle pour la considération du temps dans l’ACV, au niveau de l’inventaire LCI et au niveau des impacts LCIA. Il va inclure des nouveaux modèles et outils informatiques pour résoudre les aspects temporels souhaités par les bases de données actuelles et futures (ex ecoinvent 3) et par les logiciels associés (capitalisation de la connaissance actuelle). 2) cas d’applications dans différents domaines d’activité : l’industrie des procédés, le bâtiment, le secteur des transports. D’ailleurs, le succès du projet sera mesuré par l’applicabilité des nouveaux outils et méthodes développés au cas réels et concrets. DyPLCA va produire de nouvelles connaissances scientifiques, au-delà de l’état de l’art actuel de la science de la durabilité et de l’ACV.
Perspectives : A la fin du projet nous envisageons de poursuivre le développement méthodologique en dépassant sa dimension purement scientifique et en étendant sont potentiel via la communication vers des décideurs. L’impact sera effectif au niveau national et international. Les répercussions sur les partenaires du projet est fondamental pour leur stratégies de recherches respectives. 1) le projet DyPLCA est en cohérence avec les axes de recherche au LISBP et leur évolution dans les prochaines années. Les développements théoriques vont booster les projets de recherche dans le domaine de l’écoconception des bioprocédés. CRPHT bénéficiera du développement professionnel des chercheurs impliqués dans le projet, grâce aux interactions avec des chercheurs étrangers et de spécialités différentes. Ceci contribuera au développement d’une masse critique de connaissances et de travail scientifique au CRPHT, et à la visibilité et reconnaissance internationale de l’équipe et de l’institution dans la communauté scientifique (à travers les actions de dissémination spécifiées). Le CSTB bénéficiera du développement théorique pour l’amélioration des méthodologies et outils opérationnels utilisés actuellement dans le secteur des constructions, dans le domaine de l’évaluation environnementale. Pour UHAVRE, malgré leur appartenance au domaine de l’informatique, l’impact sera localisé au niveau des méthodologies utilisées dans le projet. Dans le projet, l’étude, l’analyse et la visualisation des graphs dynamique, en dehors de toute autre application, sont à la base de la stratégie de recherche de l’équipe.
Publications et brevets : Les principaux résultats qui seront publiés sont : les méthodes développées et les modèles, les cas d’application. L’objectif est de publier des articles dans des journaux scientifiques (IF>2) (Scopus and ISI-Thomson  reference journals) et de participer à des conférences internationales spécialisées en ACV (SETAC Annual meetings, Life Cycle Management). Les résultats des cas d’étude seront présentés à des conférences et journaux dans les domaines respectifs de recherche, comme les procédés industriels, construction, mobilité/logistique et sustainability science. Workshops, journaux techniques, la presse seront utilisés pour disséminer vers le milieux industriel, les utilisateurs de l’ACV. Les méthodes mathématiques (graph models and software) seront disséminés via articles et conférences (ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms (SODA), IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium (IPDPS), ou European Conference on Operational Research (EURO-INFORMS), Workshop on Distance Geometry and Applications (DGA)).