J’ai passé ces derniers à jour éplucher un livre intimidant sur les analyses du cycle de vie. J’ai au passage pris des notes, que je partage, comme je l’ai déjà pour d’autre livres précédemment. Et bien sûr l’écriture de ce blog me permet de cristalliser un peu mes nouvelles connaissances.

L’analyse du cycle de vie ?

L’analyse de cycle de vie est une méthode pour calculer le bilan environnemental (les émissions de polluants et extractions de ressources) d’un produit, en prenant en compte toutes les étapes de la vie de ce produit : fabrication, usage, fin de vie (réutilisation, recyclage, déchets).

Pourquoi je lis ça ?

Suite à mes recherches et mes formations sur l’impact écologique du numérique, j’ai identifié l’ACV comme étant un sujet à creuser. Peut-être aurais-je l’occasion d’en réaliser un jour ?

Le livre

Le livre en question, dans sa troisième édition, date de 2017. Il a été écrit par des chercheurs suisses et américains. Ça se sent très fort que ce sont des chercheurs : le livre est très structuré avec un plan très clair, le style d’écriture est sec et factuel, il y a beaucoup de définitions de termes (en italique, que j’ai soigneusement conservé dans mes notes), beaucoup de références et une grosse bibliographie, et beaucoup d’emphase, et même des sections complètes, sur la revue critique des ACV et l’évaluation des incertitudes.

Il y a aussi beaucoup de figures, et des formules mathématiques : sommes, produits matriciels, …

Au premier feuilletage c’est un peu intimidant.

Le livre propose des exercices à la fin de chaque chapitre, pour s’exercer aux concepts et aux calculs. En revanche, les solutions ne sont pas présentes dans l’ouvrage. Après quelques recherches sur internet pour les trouver, j’ai écrit à l’éditeur qui m’a rapidement et gentiment répondu en me donnant le lien et le bon endroit dans la page où trouver le PDF avec les solutions (ici, en cliquant sur « presse »).

Disclaimer

Le présent article est basé sur mes notes, ma perception partielle et biaisée du livre. L’ouvrage est beaucoup plus complet et intéressant. Il contient plein de graphiques (que je ne peux pas reproduire ici bien sûr) qui sont clairs et permettent de bien comprendre, il y a comme je le disais le détail des calculs mathématiques pour chaque étape, des exercices, plein d’exemples d’ACV intéressants, et même des formulaires et des extraits de la base EcoInvent pour réaliser ses ACV en annexe… Si le sujet vous intéresse, je vous invite vivement à l’acquérir et à le lire !

Notez que la page wikipédia sur l’ACV est également très complète et reprend la plupart des informations que j’ai noté ici.

Mes notes, rédigées

Voici donc, basées sur des notes de première lecture, les informations que j’ai choisi de conserver en priorité. Je reprends grossièrement le plan original du livre.

Principe général de l’ACV

Le premier chapitre traite de façon générale de ce qu’est une ACV et comment elle se déroule.

Une ACV utilise plusieurs scénarios différents pour une même unité fonctionnelle (service rendu par le produit) et les compare afin de voir lesquels occasionnent le moins d’impact.

Une ACV se déroule en quatre phases :

1) Définition des objectifs et du système : choix d’une unité fonctionnelle, des limites du système étudié, cadrage des objectifs de l’étude, choix des scénarios et alternatives.

2) Inventaire des émissions et extractions

3) Analyse de l’impact environnemental : elle-même divisible en trois phases :

  • Classification : quelles émissions contribuent à quels impacts (effet de serre, toxicité humaine, écotoxicité, diminution des ressources, …)
  • Caractérisation intermédiaire : pondère les émissions à l’intérieur de chacune des catégories d’impact
  • Caractérisation des dommages : regroupe les catégories d’impact dans des catégories de dommage (santé humaine, éco systèmes, climat, …)

4) Interprétation : L’interprétation porte sur chaque phase de l’ACV, pas seulement sur l’analyse d’impact, car les choix et paramètres des précédentes phases sont très importants.

La réalisation d’une ACV se fait typiquement en deux temps :

  • D’abord une première phase rapide : évaluation préliminaire, ou screening : une ACV rapide et simplifiée, avec évaluation en ordre de grandeur des impacts. Cette phase permet de limiter le temps investi sur des points mineurs.
  • Puis une analyse détaillée, où on plonge dans les détails, en se focalisant sur les points les plus importants découverts dans la première phase. Les auteurs indiquent l’ACV est une démarche itérative. Donc cette analyse détaillée se fait aussi en plusieurs fois, en améliorant et affinant.

Comme l’ACV ne s’occupe que de l’impact environnemental et qu’il y a d’autres aspects à prendre en compte : coûts, implications sociales, performances économiques, faisabilité technique… Il y a une section dédiée à la comparaison avec d’autres méthodes d’analyses :

  • L’analyse des flux de substance : analyse des flux et accumulations d’une substance dans l’environnement. Cette analyse se focalise sur une seule substance alors que l’ACV en étudie beaucoup.
  • L’étude d’impact environnemental : étude des impacts d’installations individuelles dans un lieu. C’est plus une procédure juridique qu’outil d’analyse. L’ACV est globale, l’EIE est pour un nouveau site spécifique.
  • L’analyse de risque : étude du risque et de la probabilité d’effets extrêmes pour une installation ou une utilisation de substance. Les deux méthodes (ACV et AR) considèrent les transferts de polluants mais l’AR vérifie si les concentrations sont inférieurs aux seuils d’effets.
  • L’analyse des flux de matières : analyse des flux de matière dans l’économie d’une région. Matériaux bruts (béton, plastiques, …) ou composites. Focalisé sur les perspectives économiques plutôt que les impacts environnementaux.
  • Bilan carbone : sous ensemble de l’ACV qui se focalise sur les émissions de gaz à effets de serre.
  • Empreinte eau : sous ensemble de l’ACV qui se focalise sur l’eau.

L’exemple des gobelets

On a dans ce chapitre un premier exemple intéressant d’ACV, sur des gobelets pour des événements type concert ou match dans un stade ou une grande salle. L’exemple est détaillé sur plusieurs pages. Il y a quatre scénarios :

  • Des gobelets en carton
  • Des gobelets en PET, toujours jetables
  • Des gobelets réutilisables en PC
  • Des gobelets réutilisables en PC, avec 5% de casse et de pertes et en prenant en compte le transport et le lavage des gobelets.

Le dernier scénario est une version plus réaliste du troisième. En effet, le gobelet réutilisable semble extrêmement avantageux si on ne prend en compte que la fabrication (divisée par le nombre d’usage), mais en ajoutant la perte, le transport et la vaisselle, la donne est changée : les gobelets en carton sont plus intéressants !

C’est pour obtenir ce genre de résultats, pas forcément intuitifs, que l’ACV a de la valeur.

Les auteurs montrent également qu’en changeant les paramètres, par exemple en mettant 2% de perte au lieu de 5% et en déplaçant le centre de lavage à 5km du site plutôt que 50km, l’ACV et sa conclusion changent, il est donc très important d’avoir les bons chiffres.

Définition des objectifs du système

Les sections suivantes s’intéressent plus en détail à chacune des quatre phases. La première porte sur la définition des objectifs du système.

Il s’agit de formaliser les raisons de faire l’étude, pour quel type d’application (produit existant, nouveau produit, stratégie politique, mise en conformité avec la réglementation, …) pour quel public, quels sont les acteurs concernés, est-ce que les résultats seront publiés, etc…

On formalise également le scope de l’ACV : quel est le système à étudier, quelles sont ses limites, quel est sa fonction, quelle sera l’unité fonctionnelle, quelles hypothèses et limitations vont s’imposer, quelles méthodes d’évaluation des impacts…

Une unité fonctionnelle est un service rendu par le produit. Par exemple « transporter un humain sur 10km » ou « boire 10cl de liquide pendant un événement ». C’est une quantité, avec une unité (eg : 1 personne-km). On doit pouvoir additionner des unités fonctionnelles : deux unités fonctionnelles doivent avoir deux fois plus d’impact qu’une seule.

Il faut poser des limites aux systèmes étudiés : idéalement on devrait étudier tous les processus du monde pour tout prendre en compte, mais en pratique on doit s’arrêter à un sous ensemble, en coupant là où les données sont disponibles, où l’impact est infime (moins de x%, avec x petit et arbitraire), ou où les commanditaires n’ont pas de moyens de d’action. Il faut faire attention à avoir des limites qui représentent la même chose fonctionnellement entre les scénarios.

Un exemple d’ACV avec des limites de système mal posé est donné. Une étude comparait deux restaurants : un de type fast-food et un autre qui utilisait de la vraie vaisselle, et concluait que le fast-food avait moins d’impact, mais en omettant tout ce qui se passait hors du restaurant (fabrication des emballages, de la nourriture, gestion des déchets) ! Une autre étude a rétabli les bonnes limites et modifié la conclusion.

Le système a une fonction principale et des fonctions secondaires. Par exemple la fonction principale d’un restaurant est de service des repas, mais il a aussi pour fonctions secondaires d’être un lieu de rencontre social, d’être un abri chauffé, etc…

Pour un scénario et une unité fonctionnelle on a des flux de référence. Par exemple pour 1 personne-km : la quantité d’essence divisée par le nombre de passagers plus l’impact de la fabrication du véhicule divisé par le nombre de kilomètres que celui-ci va faire dans sa vie et par le nombre de passagers.

Le système est constitué de processus. Exemples de processus typiques : extraction, transport, fabrication, utilisation, … On peut voir le système comme une boite noire qui a des échanges avec son environnement : consommation de matière, de surface et d’énergie et émissions de polluants.

Les processus unitaires (fabrication, transport, …) sont reliés entre eux par des flux intermédiaires (eg : carton brut pour les gobelets) et à l’environnement par des flux élémentaires (extraction de 10kg de bois et de 1000l d’eau, …).

On peut tracer un arbre des processus avec les processus et les flux.

Arbre des processus issu de la solution des exercices (disponible en ligne) pour le cas d’un distributeur de serviette en papier dédié aux séchages des mains.
Arbre des processus issu de la solution des exercices (disponible en ligne) pour le cas d’un distributeur de serviette en papier dédié aux séchages des mains.

Inventaire des émissions et extractions

La phase suivante de l’ACV est l’inventaire des extractions de ressources et des émissions de polluants, les flux élémentaires, du système.

Il y a deux approches :

  • L’approche processus : on multiplie l’inventaire de production par les facteurs d’émission ou d’extraction. L’inventaire de production récapitule les flux de références et les flux intermédiaires correspondants aux processus du système. Les facteurs sont dans des bases de données (par exemple EcoInvent).
  • L’approche Input/Ouput : on utilise les données économiques ; on multiplie la demande par unité fonctionnelle par les émissions de chaque secteur.

Problématique de l’agrégation : les émissions se produisent en des lieux et des temps différents. Les additionner simplement est une simplification. Si un lieu et temps est déterminant il faut bien l’expliciter pour l’interprétation.

Méthode pour l’approche processus

  • On réalise l’arbre des processus en s’arrêtant quand on a les flux dans une base de données existante.
  • On détermine les intrants et les émissions de chaque processus globalement, avec les bases de données, en demandant aux acteurs ou en prenant des mesures (eg : 5k de bois pour 1kg de papier).
  • On multiplie ces flux par les quantités nécessaires pour l’unité fonctionnelle (eg : 100g de papier pour une serviette en papier).
  • On fait la somme pour chaque processus.
Exemple issu de la solution des exercices (disponible en ligne) pour les flux de références d’une alliance en or.
Exemple issu de la solution des exercices (disponible en ligne) pour les flux de références d’une alliance en or.

Il faut faire attention à la qualité et à la forme des données.

  • Les données peuvent avoir une portée géographique et temporelle : les émissions pour l’électricité sont différentes en France et en Pologne, en 2020 et en 1960.
  • Vérifier que les données ont la même forme : agrégées ou pas, moyennées, … et la même unité (kg vs grammes, …)
  • Les données peuvent être partielles, incertaines, incomplètes, …

Méthode pour l’approche Input/output

On part du principe qu’on a des données d’émissions par secteur comme dans ce tableau :

ProcessusUnitéEnergie (MJ par euros)GES (kg eq CO2 par euros)
Production d’électricitéEuros817,5
Production de plastiqueEuros282
AcierEuros273,78
BoisEuros9912

On peut ensuite multiplier cela par la demande, en dollar/euros, dans chaque secteur, d’une unité fonctionnelle, pour avoir les émissions.

Cette approche, plus grossière mais plus complète que l’approche processus, permet de profiter des données économiques nationales, et permet de facilement faire le lien avec les aspects sociaux et économiques.

Par contre cette approche ne couvre pas les phases d’utilisation et de traitement, ne permet pas de comparer des produits de substitution (dans le cadre d’un scénario) très différents issus d’un même secteur, peut poser des problèmes de compatibilité géographique.

Le problème des coproduits et de l’allocation

Le problème : beaucoup de productions (agricole, industrielle, traitement des déchets, …) donnent plusieurs produits. Par exemple l’élevage de poules produit des œufs, des poules comestibles, des plumes qui peuvent servir pour des oreillers, … Or l’ACV est plutôt focalisée sur un produit.

Il faut donc attribuer/allouer/affecter certaines charges environnementales et utilisations de matières aux différents produits.

On doit distinguer un produit principal et des coproduits, le produit principal étant celui à la plus forte valeur marchande. Les déchets peuvent même être des produits dans certaines conditions (eg : le lisier est un coproduit de la production de viande et de lait).

Marche à suivre pour l’affectation

L’affectation doit être évitée autant que possible, en séparant le processus en deux ou plus ou en modifiant les limites du système pour inclure les fonctions des coproduits (il faut pour cela qu’il existe un produit pouvant être substitué au coproduit dont les impacts sont évités).

Si c’est inévitable il faut répartir les impacts en fonction d’un critère physique. On peut utiliser pour cela plusieurs techniques :

  • Propriété représentative d’une fonction commune : Par exemple si les coproduits sont la chaleur et l’électricité, de l’énergie.
  • Propriété reflétant une relation physique. Eg : énergie, masse, … Seulement s’il y a une relation directe entre la grandeur choisie et les impacts.

Sans relation physique, utiliser une autre relation, par exemple la valeur marchande.

Si ce n’est pas encore satisfaisant, sélectionner arbitrairement la masse, l’énergie ou le volume sans relation de causalité est inapproprié.

Analyse de l’impact environnemental

A cette phase, on compare les différents scénarios et leurs impacts. Or les impacts peuvent être très différents. Un scénario peut être moins bon pour les émissions de gaz à effets de serre mais meilleur pour la consommation d’eau ou pour l’écotoxicité. Comment les comparer ? L’ACV propose une méthode pour clarifier et faciliter l’analyse.

L’analyse de l’impact a différentes phases :

Classification (midpoint) On regroupe les impacts ayant des effets (effet de serre, toxicité humaine, écotoxicité, diminution des ressources, …) en catégories intermédiaires (midpoint categories) pour lesquelles on a des indicateurs intermédiaires (midpoint indicator). Par exemple on regroupe les émissions de gaz à effet de serre, méthane, dioxyde de carbone, etc… pour lesquelles il existe un indicateur : kg équivalents co2.

Caractérisation intermédiaire (midpoint) Une fois les impacts regroupés, on effectue une pondération pour calculer l’indicateur dans chaque catégorie intermédiaire.

On utilise des facteurs de caractérisation intermédiaire, modélisés scientifiquement pour calculer un score d’impact intermédiaire dans une unité, exprimée souvent en kg équivalents une substance de référence (kg équivalents co2, kg équivalents antimoine, …).

Par exemple pour un bilan des émissions de GES, le co2 est l’étalon, et les autres gaz ont un coefficient scientifiquement déterminé pour être convertis en « équivalents co2 ». C’est une simplification. Le méthane est beaucoup plus réchauffant que le co2 mais reste aussi beaucoup moins longtemps dans l’atmosphère, un kg de méthane ne sera jamais vraiment équivalent à un certain nombre de kilos de co2.

L’idée est d’avoir le moins d’indicateurs possibles pour simplifier la lecture du résultat de l’ACV.

Caractérisation des dommages (endpoint) On calcule la contribution de ces catégories à une ou plusieurs catégories de dommages, sur différents sujets à protéger (santé humaine, écosystèmes, …), avec un indicateur de dommages. On utilise des facteurs intermédiaires de dommages que l’on multiplie aux scores d’impact intermédiaires pour obtenir le score de caractérisation de dommages.

Les dommages sont sur la santé humaine, la qualité des éco systèmes, la disponibilité des ressources naturelles. Cela permet de concrétiser la valeur obtenue à l’étape précédente.

Normalisation (optionnel) Rapport des résultats de la caractérisation des impacts à des valeurs de référence ou valeurs de normalisation. Pour comparer la contribution du produit ou service au total mondial, continental, régional pour une catégorie.

Regroupement (optionnel) Processus qualitatif ou semi quantitatif de classement des impacts. On peut faire un tri par échelle nominale (par une caractéristique : émissions ou ressources) ou par échelle spatiale ou selon une hiérarchie de priorité.

Pondération (optionnel) Tente de définir l’importance relative des scores de caractérisation en se fondant des valeurs sociales relatives. Ces valeurs sociales peuvent être obtenues par différents moyens :

  • Monétarisation : volonté de payer (willing to pay) : combien les gens/sociétés/états sont-ils prêts à payer pour évier un impact (qui peut être en années de vies perdues par exemple pour la toxicité humaine)
  • Enquête auprès d’experts ou d’échantillons de population, qui donne une pondération subjective.
  • Distance à une valeur cible : une valeur cible à atteindre est fixée pour le produit par une contrainte politique ou administrative, ou une valeur critique pour l’environnement ne doit pas être atteinte.

Interprétation

Dernière phase de l’ACV, l’interprétation a pour but de définir les points du cycle de vie où il y a le plus d’impact, les points critiques, et les actions à apporter. C’est également dans cette phase qu’on évalue la qualité des résultats par des contrôles.

On interprète soigneusement chaque phase de l’ACV, pour chaque composant et chaque impact.

Souvent les priorités d’actions sont identifiées par un croisement avec des contraintes sociales et économiques : on essaie d’identifier un bon ratio coût / bénéfices.

L’ACV ne prend pas en compte les éventuels effets rebonds qui feront suite aux actions, mais les décisions prises devraient le faire dans la mesure du possible.

Contrôles de qualité

Il y a dans ce chapitre une grosse section sur le contrôle de la qualité, détaillé pour chaque étape.

A la définition des objectifs et du système

  • Vérifier la cohérence : si un résultat est même légèrement surprenant il y a soit une erreur, soit quelque chose de très intéressant.

A l’analyse de l’inventaire

  • Contrôler les unités : conversions (eg : kg et g, unités incompatibles, …)
  • Faire un contrôle des masses entrantes et sortantes : elles doivent être cohérentes
  • La comparaison entre les émissions de GES et énergie doit être cohérente
  • Faire des comparaisons avec d’autres études
  • Faire attention aux erreurs de saisie dans les logiciels
  • Il y a des conseils pour les feuilles Excel : aucune cellule avec une formule ne doit avoir de chiffre, tous les paramètres doivent être explicites, avec les unités, utiliser noms clairs pour les colonnes, les feuilles, etc…
  • Faire une revue par les pairs (où on voit encore que ce sont des chercheurs qui on écrit le livre)

Il y a différents types d’incertitude :

  • Sur les paramètres
  • Avec les hypothèses et les choix utilisés
  • A cause de la variabilité spatiale et temporelle éventuelle des données
  • A cause variabilité technologique : la technologie s’améliore, ce qui peut changer la donne

On peut évaluer et réduire l’incertitude avec :

  • Des jugements d’experts
  • Une analyse de sensibilité : faire varier les paramètres d’entrée et vérifier la cohérence des résultats
  • Une analyse de scénarios : tester différentes hypothèses et vérifier la cohérence
  • Une analyse mathématique : cette partie est très détaillée, avec une illustration sur plusieurs de pages de l’utilisation de la méthode Monte-Carlo.

Conclusion

Voilà. J’espère que ce résumé intéressera des gens. Comme je le disais le livre est très dense et inclut beaucoup plus d’informations, avec de nombreux graphiques et exemples. Le genre d’ouvrage que les professionnels de l’ACV, je suppose, gardent sur eux et consultent fréquemment.