Développement de méthodes liées à l'AFM et à l'ACV de transition dans la filière forêt-bois
Acronyme : WooDyn (APR GRAINE 2023)
Programme : GRAINE (Phase 2) - Production, valorisation des biomasses et préservation des écosystèmes 
Mots-clés : Changement climatique / Sols / Agriculture / Forêt
Contexte : À l’échelle nationale, et mondiale, les forêts sont au cœur des défis climatiques, de par les services écosystémiques qu’elles fournissent, via la régulation thermique ou la photosynthèse qui permet de séquestrer et stocker du carbone d’une part, et d’approvisionner en ressource utilisée dans divers secteurs énergétiques et industriels. En France et Europe, la stratégie d’atténuation repose à la fois sur le maintien du puits de carbone forestier et sur l’augmentation des produits biosourcés dont le bois. Que ce soit pour la forêt ou les produits bois, la force d’atténuation climatique repose sur l’équilibre dynamique entre flux d’émissions et de captation de carbone. Cependant il existe une différence entre les stocks de carbone dans la forêt et ceux dans les produits. Le stockage dans les produits est un phénomène ponctuel et le stockage dans la forêt est continu . Enfin, les deux stocks sont liés, l’augmentation des stocks de carbone dans les produits ne peut se faire qu’en prélevant dans ceux dans la forêt. En France, le ralentissement de la croissance biologique, la mortalité des arbres et les aléas climatiques ont significativement affaibli la capacité annuelle de captation de carbone par la forêt pour représenter 27 MtCO2eq/an en 2021. Le stockage de carbone lié aux produits bois peine aujourd’hui à se renforcer, représentant 1 MtCO2eq/an en 2021, malgré un objectif de 20 MtCO2eq/an à l’horizon 2050 présenté dans la SNBC 2 révisée (HCC, 2023). Se basant sur la nature renouvelable, l’utilisation du bois est aujourd’hui valorisée dans diverses stratégies nationales sectorielles. Cette stratégie globale d’augmentation des usages du bois peut introduire une compétition économique entre les usages. Ce n’est donc qu’à travers une représentation holistique et dynamique de la filière depuis la forêt jusqu’aux différents marchés et déchets, que l’on peut appréhender les effets sur la renouvelabilité de la ressource et le stockage durable de carbone. Enfin, le maintien des services écosystémiques de régulation climatique et d’approvisionnement en bois de la forêt française passe par la préservation de ses écosystèmes. Pour l’évaluation environnementale des produits bois ou de l’énergie biomasse, les méthodes d’évaluation manquent aujourd’hui d’une vision holistique sur l’ensemble de la filière. L’Analyse de Cycle de Vie est une des méthodes de plus en plus utilisées, mais repose sur une approche produit qui dans son application ne rend pas compte des usages interdépendants et de la pression sur la ressource (Røyne et al. 2016). Pour rendre compte de ces divers enjeux, il faut développer une représentation de ces stockages et flux interdépendants en développant une approche systémique et dynamique de l’ensemble de la filière Forêt-Bois, afin d’inclure les effets et les aléas du changement climatique, l’influence des pratiques sylvicoles en introduisant une nouvelle approche dynamique pour évaluer la préservation de la qualité environnementale liée à l’usage des sols, les diverses stratégies de filières possibles.
Description : Afin de rendre compte du rôle important de la forêt et des produits bois sur l’atténuation climatique, il est important de disposer de méthodes de quantification appropriées, à même d’évaluer des visions différentes sur la gestion forestière et sur l’usage de la ressource. Ainsi, la représentation des flux de carbone a été, et est toujours, un défi méthodologique. En mobilisant les bases théoriques de l’AFM dynamique, le projet WooDyn vise à renouveler la représentation de la filière Forêt-Bois pour améliorer la quantification et l’analyse des stocks en forêt ou en usage et surtout leurs évolutions dans le temps tout en conservant les relations d’interdépendance. Appliquée à la ressource bois, cette méthode ouvre la possibilité de représenter les stocks et les flux à travers les mécanismes d’évolution propres aux stocks et aux processus de transformations et à leurs variables associées. Par le biais de ces variables et d’échanges avec des experts de la forêt et de la transformation du bois, la représentation dynamique proposée du projet s’ouvre à différents scénarios prospectifs. Cette approche bottom-up pour l’AFM portée par ce projet est l’occasion de croiser les méthodes avec celles de l’Analyse de Cycle de Vie (ACV) qui repose aussi sur une description des processus et des paramètres influents. Certaines données et modèles d’ACV peuvent être utilisés pour construire la représentation dynamique de la filière, notamment les données primaires d’ACV non-allouées que peuvent fournir certains organismes de diffusion de bases de données d’inventaire, comme EcoInvent (Wernet et al. 2016). L’utilisation de données de modèles non-alloués est inhabituelle dans les études d’ACV qui sont orientées produit et nécessite des règles d’allocation. Ainsi, le projet WooDyn sera l’occasion de questionner la structure de l’ACV qui aujourd’hui ne peut pas fonctionner sans système d’allocation, c’est-à-dire avec des modèles représentant un produit uniquement. En s’affranchissant de cette barrière méthodologique, les relations physiques des processus sont conservées et peuvent être réutilisées, mais cela remet aussi en question la méthode de calcul qui repose sur une matrice carrée représentant les échanges entre les différents processus (Heijungs et Suh, 2002). L’ACV passe ainsi d’une vision produit à une vision filière faisant ainsi écho au concept récent d’ACV de transition qui regarde les impacts environnementaux des solutions de transitions pour l’ensemble des acteurs d’un secteur ou d’un territoire (Ventura, 2022). Dans le même temps, la représentation globale de la filière Forêt-Bois, que permet l’AFM, est une source d’information riche pour mieux définir les modèles d’ACV utilisant la ressource en bois. Les principales bases de données d’inventaire de cycle de vie sont aujourd’hui adossées à des chaines d’approvisionnement fixes dans le temps et ne correspondant pas forcément à la zone géographique étudiée. Par exemple, la base EcoInvent ne dispose pas d’inventaires pour l’approvisionnement en bois issu du territoire français. En couplant la représentation dynamique de la filière et la construction d’inventaire de cycle de vie, le projet vise à construire une base d’inventaires d’ACV dynamique pour les processus produisant ou transformant le bois en France. Du fait de l’introduction des dynamiques d’évolution de la forêt et des produits bois dans la représentation de la filière, les indicateurs d’évaluation environnementale doivent aussi être cohérents avec ce cadre dynamique. Or, en ACV, les indicateurs sont majoritairement statiques et ne prennent pas en compte la temporalité des émissions, des absorptions et de l’usage des ressources tous au long du cycle de vie. Le projet WooDyn contribuera méthodologiquement à la construction d’un indicateur dynamique plus robuste pour le GWP et le GTP, mais surtout intégrera les dynamiques observées dans la filière pour estimer les effets sur le climat de différents usages du bois, en fonction de la durée de vie et du type de pratiques sylvicoles associées. Dans le même temps, l’indicateur d’ACV d’usage des sols repose aujourd’hui sur des archétypes limités pour représenter l’impact sur la biodiversité et les services écosystémiques associés (comme ReCiPe ou LANCA). En introduisant les aspects dynamiques liés à la gestion forestière dans la construction d’un indicateur d’usage des sols pour l’ACV, le projet de recherche pose les bases méthodologiques pour une évaluation environnementale plus fine de cet enjeu important et support des services écosystémiques que l’on cherche à préserver.
Objectifs et résultats attendus : Le projet de recherche WooDyn vise principalement à améliorer et développer des outils et méthodes de représentation et d’évaluation de la filière Forêt-Bois et se déroulera à travers 5 tâches de travail : Élaboration d’une Analyse de Flux de Matière dynamique de la filière Forêt-Bois En repartant des AFMs réalisées dans des projets voisins, dans lesquels sont impliqués Terriflux, l’INRIA et l’UGE, cette tâche vise à construire une représentation, cette fois-ci, « bottom-up » de la filière Forêt-Bois en caractérisant les processus et les stocks par un jeu de paramètres et variables. Cette tâche nécessitera donc de reformer une méthode de réconciliation de données pour l’AFM adapter à un cadre dynamique (Courtonne, 2016), mais aussi de compiler des données issues de modèles ACV afin de décrire les mécanismes en œuvre à l’échelle des processus. Cette tâche s’articule donc avec la tâche 2. L’ambition de cette tâche sera donc de construire un modèle de flux capable de représenter simultanément les évolutions de stocks en forêt et dans les produits tout en conservant l’ensemble des relations physiques liées à chaque processus de la filière. Adaptation de la vision produit de l’ACV à la vision filière Dans le cadre de cette tâche, l’approche produit propre à l’ACV sera revisitée pour dépasser l’hypothèse d’unicité du produit étudié. Adapter une vision filière dans l’ACV nécessite d’avoir une approche multifonctionnelle sur la filière, avec notamment plusieurs marchés finaux. La conservation de la multifonctionnalité dans l’étude d’ACV se retrouve notamment dans l’ACV territoriale et l’ACV de transition (Loiseau et al. 2018, Ventura, 2022). Cependant, pour représenter des processus multiproduits, les outils de modélisation d’ACV devront être adaptés à la fois dans leurs structures, mais aussi dans la méthode de calcul des impacts. En effet, la matrice de technologie n’étant plus carrée, les calculs matriciels sont impossibles. Cette tâche vise à reconstruire des processus d’ACV multiproduits dans une version adaptée de Brightway2 (Mutel, 2017), afin de permettre l’évaluation environnementale de la filière, et de fournir des informations sur les relations physiques pour construire l’AFM dynamique (Tâche 1). Conception d’inventaire de cycle de vie dynamique pour les processus de la filière L’objectif de cette tâche est de retranscrire les informations contenues dans l’AFM dynamique dans des inventaires de cycle de vie des processus de la filière. Afin de mener à bien cette tâche, les niveaux d’information dans l’AFM doivent correspondre aux niveaux nécessaires pour les inventaires (nature du flux, origine du flux …) et la conception des outils informatiques liés à l’AFM et l’ACV devra être pensé de façon intégrée. Révision de l’indicateur dynamique de réchauffement climatique à travers les dynamiques de la filière Dans le cadre de cette tâche, les travaux entrepris dans le cadre d’un stage co-encadré par l’UGE et l’-IFPEN sur un calculateur Excel® d’impact dynamique sur le changement climatique, GWP et GTP (travail en cours de publication), seront repris et prolongés pour aboutir notamment à une version Python du calcul des indicateurs dynamiques GWP et GTP (Ventura, 2022). De plus, les dynamiques de croissances forestières, de fin de vie et les relations physiques établies dans l’AFM dynamiques seront exploitées pour estimer les effets sur le réchauffement climatique, en ACV, de divers usages du bois. Conception d’un cadre méthodologique pour un indicateur dynamique d’usage des sols en forêt L’objectif de cette tâche est de construire un cadre méthodologique pour l’évaluation d’un indicateur dynamique d’usage des sols. Cet indicateur pourra se baser sur les travaux antérieurs du CSTB analysant la richesse spécifique des typologies d’occupation des terres en France (Brachet, 2020), avec pour but de relier cette richesse à des paramètres liés à la gestion des sols et de la forêt. Une attention particulière sera portée au processus de régénération des terres. Les relations entre biodiversité initiale, gestion (i.e. artificialisation, renaturation), bois morts et microhabitats seront ainsi exploitées pour développer cet indicateur. La méthode qui sera produite dans cette tâche sera conceptuelle, afin de garantir sa généralisation à l’ensemble des types d’occupation des sols (i.e. sols forestiers, urbains, agricoles).
Bénéficiaire : INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE EN INFORMATIQUE ET EN AUTOMATIQUE
Localisation : Montbonnot-Saint-Martin, Auvergne-Rhône-Alpes, FRANCE
Début : 01/07/2024 — Durée : 48 mois
Budget total : 537042.8 € — Aide ADEME : 298078.64 €
Statut : Suivi du projet