# L'évaluation de la durabilité dans les processus de conception d'innovations

Aurélie Perrin, Gwenola Yannou-Le Bris, Frédérique Angevin, Caroline Pénicaud

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Aurélie Perrin, Gwenola Yannou-Le Bris, Frédérique Angevin, Caroline Pénicaud. L'évaluation de la durabilité dans les processus de conception d'innovations. Webinaire IDEAS, IDEAS, Dec 2023, En ligne, France. hal-04615517

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ideas
INITIATIVE FOR DESIGN
IN AGRIFOOD SYSTEMS

AgroParisTech

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INRAO

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# L'évaluation de la durabilité dans les processus de conception d'innovations

Aurélie Perrin, Gwenola Yannou-Le Bris, Frédérique Angevin, Caroline Pénicaud

5 décembre 2023
# Origine de ce travail et Méthode

Séminaire Ideas

Février 2018

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Atelier d'écriture

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Quand la durabilité doit-elle être évaluée dans le cadre d'un processus de conception innovante ?

Quelles sont les caractéristiques essentielles d'une évaluation de la durabilité pour qu'elle soit efficace et utile ?

## Réflexion sur un cas emblématique : les biocarburants

Recherche WoS & Scopus
(1960-2019) bio(-)fuel, bio(-)ethanol, bio(-)diesel.
(1) life cycle assessment or LCA,
(2) second generation or 2G,
(3) stakeholder(s)
(4) design process

Recherche WoS & Scopus
(1960-2019) the biofuel keywords with Life Cycle Assessment or LCA and Sustainability assessment

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Schématisation de la prise en compte progressive de la question de la durabilité dans le développement d'une nouvelle technologie

Partage de connaissances sur les pratiques respectives de conception et d'innovation dans les cadres agricole et alimentaire

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# Contexte, quels indicateurs et quels acteurs pour définir la durabilité ?

« La sécurité alimentaire sera de plus en plus compromise par le changement climatique à venir en raison de la baisse des rendements, en particulier dans les régions tropicales, de l'augmentation des prix, de la réduction de la qualité des nutriments et des perturbations de la chaîne d'approvisionnement » GIEC,2019

→ Baisse des rendements, qualité des nutriments, instabilité des productions, réduction de l'accessibilité à l'alimentation (économique et physique)

→ Végétalisation de l'alimentation pour une réduction de l'usage des sols et des émissions de GES, réduction des inégalités économiques pour garantir l'accès à tous aux ressources, réduction du gaspillage, développement des bioénergies

Des objectifs qui peinent à être poursuivis simultanément et requièrent des évaluations multicritères et multidimensionnelles des systèmes existants et des impacts des solutions de transformation envisagées

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ELSEVIER

Journal of Cleaner Production
Volume 325, 20 November 2021, 129291

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## Environmental sustainability assessment in agricultural systems: A conceptual and methodological review

Emma Soulé<sup>a, b</sup> ❁, Philippe Michonneau<sup>b</sup>, Nadia Michel<sup>c</sup>, Christian Bockstaller<sup>a</sup>

262 études couvrant le secteur agricole mondial entre 1993 et 2019 en visant à prendre en compte uniquement la dimension environnementale

<table><thead><tr><th>Metric</th><th>Indicator</th><th>Median</th><th>Source</th><th>GDP correlation</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="6">Food Nutrient Adequacy</td><td>Shannon Diversity of Food Supply</td><td>61</td><td>Remans et al.<sup>33</sup></td><td>0.53</td></tr><tr><td>Non-Staple Food Energy</td><td>74</td><td>Remans et al.<sup>33</sup></td><td>0.42</td></tr><tr><td>Modified Functional Attribute Diversity</td><td>46</td><td>Remans et al.<sup>33</sup></td><td>0.72</td></tr><tr><td>Population Share with Adequate Nutrients</td><td>77</td><td>Remans et al.<sup>33</sup></td><td>0.70</td></tr><tr><td>Nutrient Balance Score</td><td>76</td><td>This study</td><td>0.64</td></tr><tr><td>Disqualifying Nutrient Score</td><td>75</td><td>This study</td><td>0.46</td></tr><tr><td rowspan="4">Ecosystem Stability</td><td>Ecosystem Status</td><td>12</td><td>This study</td><td>-0.74</td></tr><tr><td>Per-Capita GHG Emissions</td><td>47</td><td>Hsu et al.<sup>34</sup></td><td>-0.36</td></tr><tr><td>Per-Capita blue water consumption</td><td>51</td><td>This study</td><td>-0.79</td></tr><tr><td>Per-Capita Land Use</td><td>50</td><td>This study</td><td>-0.75</td></tr><tr><td rowspan="4">Affordability and Availability</td><td>Per-Capita Non-Renewable Energy Use</td><td>28</td><td>Alexander et al.<sup>9</sup></td><td>-0.09</td></tr><tr><td>Per-Capita Biodiversity Footprint</td><td>50</td><td>World Bank<sup>39</sup></td><td>0.00</td></tr><tr><td>Food Affordability</td><td>63</td><td>Chaudhary et al.<sup>28</sup></td><td>0.02</td></tr><tr><td>GFSI Food Availability Score</td><td>54</td><td>GFSI<sup>37</sup></td><td>0.83</td></tr><tr><td rowspan="4">Sociocultural Wellbeing</td><td>Poverty Index</td><td>56</td><td>GFSI<sup>37</sup></td><td>0.85</td></tr><tr><td>Income Equality</td><td>88</td><td>GFSI<sup>37</sup></td><td>0.80</td></tr><tr><td>Gender Equity</td><td>62</td><td>World Bank<sup>60</sup></td><td>0.24</td></tr><tr><td>Extent of Child Labor</td><td>60</td><td>WEF<sup>39</sup></td><td>0.71</td></tr><tr><td rowspan="4">Resilience</td><td>Respect for Community Rights</td><td>68</td><td>ILIO<sup>40</sup></td><td>0.43</td></tr><tr><td>Animal Health and Welfare</td><td>50</td><td>WRI<sup>41</sup></td><td>0.59</td></tr><tr><td>ND-GAIN Country Index</td><td>57</td><td>API<sup>42</sup></td><td>0.63</td></tr><tr><td>Food Production Diversity</td><td>52</td><td>Chen et al.<sup>43</sup></td><td>0.70</td></tr><tr><td rowspan="2">Food Safety</td><td>ND-GAIN Country Index</td><td>64</td><td>Remans et al.<sup>33</sup></td><td>-0.20</td></tr><tr><td>Food Production Diversity</td><td>71</td><td>WHO<sup>45</sup></td><td>0.76</td></tr><tr><td rowspan="3">Waste and Loss Reduction</td><td>Global Burden of Foodborne Illnesses</td><td>50</td><td>GFSI<sup>37</sup></td><td>0.70</td></tr><tr><td>Food Safety Score</td><td>88</td><td>FAO<sup>46</sup></td><td>0.80</td></tr><tr><td>Pre- and Post-Consumer Food Waste and Loss</td><td>68</td><td></td><td>-0.68</td></tr></tbody></table>

The global median value of each indicator (normalized to 0-100 scale) across 156 countries is shown. Metric score in bold is the arithmetic average of its underlying indicator scores (see Supplementary Data 1 for all indicator values per country). Spearman's rank correlation (ρ) between GDP per capita and indicator values of different countries is also shown. See Supplementary Data 5 for correlation value of all 25 × 25 indicator combinations.

Chaudhary et al.,2018

Le SAFA de la FAO (2014) propose 21 thèmes et 58 sous-thèmes pour traiter de l'intégrité de l'environnement, du bien-être social, de la gouvernance

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Carlson et al.,2017

Chopin et al.,2021

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Simon, 1969

La décision ne vise pas une solution optimale mais la plus satisfaisante car :

- Soumise à une rationalité limitée (Simon 1960, 1969)

- Information incomplète et connaissances limitées,

- Entachée d'incertitude

- Soumise à la rationalité procédurale :

- Le processus employé oriente la décision pour limiter les effets de la rationalité limitée.

- Sa structuration dépend de intelligence mise en œuvre dans l'exploration du problème (LeMoigne 2009)

→ Rôle de l'intelligence ou des intelligences réunies pour conduire cette exploration en phase de construction du problème alors qu'aucune convention ne vient créer de coordination sur la notion de durabilité.

→ Interrogation sur la capacité des processus à se construire relativement à la problématique qui émerge et aux acteurs qui peuvent y prendre place.

→ Construction de la décision dans le cadre d'une évaluation multi critériées et multiniveaux.

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# Conception innovante agricole, une activité de type R&D

La conception, une activité dont la formalisation est souvent proposée par des agronomes.

Byerlee et al. 1982; Salembier et al. 2018; Vereijken 1997

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## Approches à tendance linéaire, avec des rétroactions

- occasionnelles partielles (Lançon et al., 2007)

- ou revenant à l'étape antérieure (Pelzer et al., 2012)

Processus souvent concentrés sur l'expertise des agronomes, en expérimentation sur le terrain ou en modélisation (Bergez et al., 2010) comme en prototypage participatif (Berthet et al., 2016)

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Lançon et al., 2007

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# Conception innovante alimentaire, une activité intégrée

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Source: Earle and Earle (2000)

Siriwongwilaichat P et al., 2001

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Source: Rothwell (1992)

Une activité relativement linéaire inscrite dans le fonctionnement de l'entreprise, reliée par de multiples facettes à des écosystèmes externes, mais dont le processus décisionnel demeure interne malgré le développement des approches de Design Thinking
(Kimbell, 2011 ; Pedersen, 2020)
# Un cadre générique et instanciable commun pour la conception

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## PLACE OF ASSESSMENT

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- Caractérisation descriptive du système qui produit des connaissances

- L'évaluation-diagnostic implique une identification des problèmes de l'existant et leur quantification

- Manque de connaissance sur les performances futures du système qui implique de ne pas pouvoir prédéfinir tous les critères futurs d'évaluation

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# Un cadre générique et instanciable commun pour la conception

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PLACE OF ASSESSMENT

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* La définition progressive de l'objet conçu donne lieu à la définition de nouveaux critères qui sont employés dès l'étape d'ideation (plutôt le cas de l'agriculture) ou dans l'étape qui précède le développement (cas de la conception alimentaire)

* Les effets temporels jouent sur ces dynamiques différentes qui cependant conduisent dans les deux cas à remettre en cause les solutions initiales (rétro-action)
# Un cadre générique et instanciable commun pour la conception

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## PLACE OF ASSESSMENT

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- Cette étape de décision s'appuie sur l'acceptation de compromis en s'appuyant sur des données expérimentales issues de la création et mise en œuvre de prototypes

- Cette confrontation aux usages conduit à la remise en cause des solution elles mêmes comme à celle de ses critères d'évaluation (rétro-action)
# Un cadre générique et instanciable commun pour la conception

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PLACE OF ASSESSMENT

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* Des incertitudes réduites mais dans le cas de l'agriculture une nécessité de temps long requise pour véritablement établir les performances du système conçu

* Cette évaluation peut entrainer la remise en cause de l'innovation (rétro-action)
# Un cadre générique et instanciable commun pour la conception

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## PLACE OF ASSESSMENT

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La diversité des connaissances assemblées dans cette étape de l'exploration est déterminante pour construire une exploration fouillée du système sociotechnique dans lequel s'intégrera la conception

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Une place croissante à donner aux démarches participatives

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Cette même diversité est essentielle pour compléter l'identification des effets positifs et négatifs de l'innovation et établir leur acceptabilité

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# Caractéristiques intrinsèques de l'évaluation de la durabilité

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Gestion de l'incertitude
## Durabilité

Toujours une question multicritères

### Critères

### Environnement

### Economie

### Social

### Gouvernance

### Nutrition

### Ethique

...

### Indicateurs

Emissions de gaz à
effet de serre

Revenu net

Partage de la
valeur

Nature des
contrats

Nutriscore

Type
d'élevage

...

Définis en lien avec les objectifs
et contraintes du projet

Royer 2002

## Agriculture

1ère priorités : objectifs économiques et agronomiques
Environnement : pertes azotées, pollution aux
pesticides, érosion des sols, pertes de biodiversité,
émissions de gaz à effet de serre

## Alimentation

1ère priorités : objectifs technico-économiques,
acceptabilité consommateurs (études de
marché), contraintes règlementaires
## Durabilité

Toujours une question multicritères

### Critères

Environnement

Economie

Social

Gouvernance

Nutrition

Ethique

...

### Indicateurs

Emissions de gaz à
effet de serre

Revenu net

Partage de la
valeur

Nature des
contrats

Nutriscore

Type
d'élevage

...

Définis en lien avec les objectifs
et contraintes du projet

Pertinents

Mesurables

Le moins nombreux possible

Compréhensibles

Non-redondants

Evalués conjointement
## Indicateurs

**Intrinsèques** : impacts dans le périmètre de l'artefact et/ou ses parties prenantes

**Extrinsèques** : impacts en dehors du périmètre de l'artefact et/ou de ses parties prenantes

> L'impact sur la durabilité ne peut être évalué que si des indicateurs extrinsèques portant sur les impacts environnementaux et sociaux externes sont inclus dans l'évaluation

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## A inclure explicitement dans l'objectif

- Développer un nouvel aliment avec des protéines végétales

vs

- Diminuer l'impact environnemental des aliments riches en protéines

- De très nombreuses méthodes pour documenter les indicateurs (ACV...)

- De plus en plus d'outils avec de très nombreux indicateurs (centaines)
## Intention

- Déterminer des objectifs

- Définir des critères et indicateurs

- Prioriser les critères et indicateurs

- Proposer des scénarios

- Evaluer des modalités

De Luca et al. 2017

## Avantages

- Connaissances et données situées

- Indicateurs intrinsèques basés sur connaissance expertes

- Acceptation de l'innovation

Altieri 2004; Cerf et al. 2012

## Points de vigilance

- Laborieux

- Chronophage

- Qui inclure ?

- Quelles contributions attendues ?

- Quelle méthode participative ?

## Indicateurs extrinsèques

- Rendre visible les rôles, les attentes, les valeurs ou les contraintes des acteurs non humains (ex: environnement) et des acteurs humains dont les positions sociales les rendent difficilement audibles

- Rôle du facilitateur ?

- Objets intermédiaires
Durabilité

Concept évolutif
Attentes, connaissances, société, priorités...

Pas forcément le même pas de temps d'évolution

Innovation

Objet conçu évolue au cours du processus
Processus dynamique

Evaluation = photo à un instant t
à répéter plusieurs fois lors du processus
alimente les boucles de rétro-action

Forme et contenu (critères, indicateurs), à faire évoluer au cours du temps
Objectifs, connaissances, parties prenantes, sorties attendues

Chebaeva et al. 2021
## Durabilité : notion à définir

Approche participative

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Recherche de consensus

## Données

Exactitude

Précision

Représentativité

Variabilité biologique

Réplication mesures

Connaissances expertes

Prototypage

## Incertitudes

Walker et al. 2003

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## Modèle d'évaluation

Calcul des indicateurs

Méthode d'agrégation

Structure

Modèles non linéaires

Paramètres

Calibration, Validation

Approche mathématique

Approche participative

* Représenter clairement l'incertitude dans le résultat de l'évaluation

* Combinaison d'approches mathématiques spécifiques (ex : logique floue) et méthodes multicritères

Ardente et al. 2004; Bockstaller et al. 2017; Diaz-Balteiro et al. 2017
Le processus de conception nécessite

(1) de formaliser le rôle et le mode d'évaluation

(2) d'utiliser des critères et des indicateurs de durabilité pertinents

(3) de renforcer les pratiques participatives

(4) d'adapter l'évaluation au contexte de l'artefact conçu afin de faciliter le choix entre des solutions imparfaites.

## Proposition d'un processus de conception approprié pour les systèmes agricoles, alimentaires et agri-alimentaires

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PLACE OF ASSESSMENT

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Diagnostic

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Sélection

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EVALUATION

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Validation

## Caractéristiques-clés de l'évaluation

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Critères
Indicateurs

Pratiques
participatives

Evaluation
de la
durabilité

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Processus adaptatif

Gestion de l'incertitude
# Conclusion

* ✓ Ambition des **objectifs de durabilité** devrait guider la définition des critères et des indicateurs

* ✓ Mobiliser des **indicateurs extrinsèques** ciblant les objectifs de durabilité

* ✓ Processus itératif

* ✓ **Boucles de rétro-action** initiées par l'évaluation

* ✓ Critères définis avant et pendant le processus

* ✓ Implication **parties prenantes** pour

* ✓ déterminer des **objectifs**

* ✓ définir des **indicateurs intrinsèques**

* ✓ apporter des **connaissances** et des **données**

* ✓ évaluer des **modalités**

* ✓ et/ou proposer des **scénarios**

* ✓ Représentation transparente de l'**incertitude**

Evaluations de la durabilité dans la conception des innovations pour une plus grande durabilité des systèmes agri-alimentaires

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Perspectives : études de cas

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ideas

INITIATIVE FOR DESIGN
IN AGRIFOOD SYSTEMS

AgroParisTech A

INRAO

Merci pour votre attention !

## Article complet :

Aurélie Perrin, Gwenola Yannou-Le Bris, Frédérique Angevin, Caroline Pénicaud. Sustainability assessment in innovation design processes: place, role, and conditions of use in agrifood systems. A review.
Agronomy for Sustainable Development, 2023, 43 (1),
<10.1007/s13593-022-00860-x> ; <hal-03997371f>