ACV Environnementale

Doctorats et Post Doctorats

Vers une prise en compte cohérente de l’eau en tant que ressource et vecteur de pollution dans l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) de produits agricoles : développement méthodologique et application à un système de culture horticole.
Sandra PAYEN, Doctorante

Encadrants

  • Sylvain Perret, Chercheur agronome – directeur adjoint du département ES,  CIRAD
  • Claudine Basset-Mens, Chercheuse ACV – agronome, CIRAD

Comité de thèse

  • François Colin, Enseignant chercheur hydrologue, SupAgro
  • Vincent Colomb, Ingénieur, ADEME
  • Montse Nuñez, Chercheuse ACV, IRSTEA
  • Philippe Roux, Chercheur ACV, IRSTEA
  • Christian Gary, Chercheur agronome, INRA
  • Serge Marlet, Chercheur agronome, CIRAD
  • Henri Vannière, Chercheur agronome, CIRAD

Résumé

Problématique – contexte

De nombreuses méthodes d’évaluation des impacts liés à l’usage d’eau se développent depuis quelques années dans le cadre de l’ACV. Si les facteurs de caractérisations associés font l’objet de débats et d’améliorations, la phase préliminaire d’inventaire a en revanche reçu peu d’attention.

Objectif de la thèse

A l’interface entre agronomie et évaluation environnementale, l’enjeu de cette thèse est de contribuer à mieux prendre en compte des spécificités sol-climats-pratiques dans l’ACV de systèmes de culture. L’objectif est de proposer un inventaire considérant l’eau comme ressource mais aussi comme vecteur de solutés (azote, sels) pour alimenter les méthodes d’évaluation des impacts eau et salinisation actuelles et futures.

Application

La portée de ce travail se veut générique (applicable sur tout système de culture), tout en permettant de discriminer des paramètres spécifiques au sol, au climat et aux pratiques agricoles.

Le cas d’étude est une culture pérenne sous climat semi-aride (Mandarine – Maroc).

Contact : sandra.payen@cirad.fr

 

Développement d’indices régionaux pour les impacts de la fragmentation des habitats sur la biodiversité et implémentation en évaluation environnementale.
Pyrène LARREY-LASSALLE, Doctorante Irstea – Ecole des mines d’Alès

Comité de thèse

Partenaires académiques de la Chaire ELSA-PACT

  • Ralph ROSENBAUM – IRSTEA
  • Philippe ROUX – IRSTEA
  • Éléonore LOISEAU – IRSTEA
  • Miguel LOPEZ-FERBER – Ecole des Mines d’Alès
  • Guillaume JUNQUA – Ecole des Mines d’Alès
  • David SALZE – Ecole des Mines d’Alès
  • Carole SINFORTMontpellier SupAgro

Partenaires industriels de la Chaire ELSA-PACT

  • Odile GOEDERT-WESTONBRL Ingénierie
  • Catherine CHEVAUCHE (ou Delphine ANTONUICCI) – SUEZ Environnement (SAFEGE)

Intervenants extérieurs

  • Aspect Land-use/Biodiversité en ACV : Thomas KOELLNER – University of Bayreuth, Germany
  • Aspect Biodiversité/Écologie : Jean-Louis MARTIN – CEFE – Centre d’Écologie Fonctionnelle et Évolutive, Montpellier
  • Aspect spatial : Samuel ALLEAUME – UMR TETIS, Irstea, Montpellier

Résumé

Problématique – contexte

La première partie de la thèse a consisté à comparer deux différentes approches en évaluation environnementale : une approche dite « site» (Etude d’Impact Environnemental, EIE) et une approche dite « produit » (Analyse de Cycle de Vie, ACV). Leurs similitudes et différences ont été discutées, dans le but de voir de quelle manière elles pourraient se compléter et s’enrichir l’une l’autre.

Objectifs de la thèse

Suite à cette analyse, différentes problématiques générales de recherche ont été formulées pour améliorer l’une et/ou l’autre de ces deux approches. L’une de ces problématiques, à fort enjeu sociétal, consiste en la définition ou en l’amélioration de nouvelles catégories d’impact, pertinentes localement, telles que l’utilisation de l’eau ou l’utilisation des sols. Dans cette optique, la question de l’impact de l’utilisation des sols sur la biodiversité a été retenue.

Sur la base d’un état de l’art de l’utilisation des sols en ACV, les principaux besoins de recherche identifiés ont été : (i) de ne pas seulement considérer la destruction d’habitat, mais aussi la fragmentation d’habitat et (ii) de définir des indicateurs de l’état de la biodiversité plus complets (différentes composantes de la biodiversité).

Ainsi, la fragmentation des habitats, jugée comme un levier pertinent pour l’amélioration de l’impact de l’utilisation des sols sur la biodiversité, a été retenue comme question de recherche.

L’étude de la fragmentation des habitats dans la littérature écologique devrait ensuite permettre de faire le lien avec l’ACV pour définir les chaînes de causalités associées à cette pression anthropique.

L’objectif premier de la thèse est d’abord de mettre au point un cadre conceptuel pour l’intégration de la fragmentation en ACV. Dans un deuxième temps, et en fonction du temps restant disponible, une mise en œuvre opérationnelle de ce cadre conceptuel pourrait être proposée (application du modèle à l’échelle globale).

Application

Cette question de recherche se situe à l’interface des deux approches EIE et ACV, dans la mesure où elle pourrait non seulement permettre un perfectionnement les méthodes ACV actuelles mais aussi une meilleure évaluation des mesures de compensation dans les EIE.

 

Contact : p.larrey-lassalle@irstea.fr

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Développement d’une méthodologie permettant une meilleure prise en compte des dynamiques temporelles dans l’évaluation des impacts « eutrophisation » et « écotoxicité eau-douce » en ACV afin de permettre une meilleure différenciation entre rejets chroniques et épisodiques.
Eva RISH, Doctorante

Encadrants

  • Carole SINFORT, Professeur SupAgro/Irstea UMR ITAP
  • Eleonore LOISEAU, chercheur en ACV – Irstea UMR ITAP
  • Philippe ROUX, chercheur en ACV, responsable équipe ACV Elsa – Irstea UMR ITAP

Comité de thèse

  • Ralph ROSENBAUM, Directeur de la Chaire Elsa PACT – Irstea UMR ITAP
  • François COLIN, hydrologiste sols cultivés – SupAgro INRA
  • Xavier LITRICO, directeur du LyRE – Lyonnaise des Eaux à Bordeaux

Résumé

L’enjeu de la thèse est de contribuer au développement méthodologique des analyses d’impact de cycle de vie (AICV) sur les catégories d’eutrophisation et d’écotoxicité d’eau douce en proposant de différencier les émissions selon leur profil d’intensité et de distribution temporelle. En effet, à ce jour les modèles de caractérisation de ces impacts ne tiennent pas compte des dynamiques temporelles d’émissions entre une source de polluant et sa cible. La démarche consistera à coupler cette différenciation temporelle à une différenciation spatiale des sources d’émissions, afin de distinguer les impacts d’une émission localisée, accidentelle (ex : débordement de STEP) de ceux d’une émission diffuse ou non ponctuelle (ex : rejets continus d’une STEP ou lessivage de fertilisants d’une terre agricole). L’application retenue est la différenciation des impacts associés aux rejets quotidiens d’une station et aux rejets ponctuels dans le temps liés par exemple à une surverse de déversoir d’orage.

Contact : eva.risch@irstea.fr

 

Empreinte eau et ACV d’impacts de la consommation d’eau : développement d’indicateur(s) de qualité d’eau.
Charlotte PRADINAUD, Doctorante Irstea – Ecole des mines d’Alès

Résumé

L’objectif de la thèse est de développer un indicateur de qualité d’eau pertinent en fonction de l’usage potentiel, tout en identifiant et supprimant les problèmes potentiels de double comptage. Ceci devrait se faire sur la base des indicateurs d’empreinte eau qualitative existants, mais aussi d’indicateurs de qualité de l’eau locaux. II s’agira d’analyser le besoin et les possibilités d’adapter l’indicateur moyen à l’échelle de pays à des échelles spatiales plus grandes pour mieux répondre aux spécificités régionales/locales (régionalisation). De plus, le candidat intégrera dans l’indicateur de qualité de l’eau les impacts dus aux micropolluants et aux contaminants émergents. Le travail commencera par une analyse détaillée des modèles existants d’empreinte eau. Dans un second temps, les paramètres ayant une influence significative sur la variabilité globale de l’indicateur seront identifiés et un indicateur global moyen sera développé. Enfin, la variabilité spatiale de l’indicateur sera étudiée en analysant les effets de la prise en compte des conditions locales sur les caractéristiques de l’indicateur moyen. 
La démarche sera appliquée sur un ou plusieurs exemples d’activités ayant de fortes pressions environnementales sur la qualité ou la ressource locale en eau (ex : technologies d’approvisionnement en eau, gestion territoriale de la ressource en eau, etc.).

Comité de thèse

 

Contact : charlotte.pradinaud@irstea.fr

 

Développement d’un cadre pour la prise en compte de différentes sources régionales d’eau en ACV (mix d’approvisionnement d’eau).
Susana LEAO, Doctorante Irstea – Ecole des mines d’Alès

 

Résumé

Problématique – contexte

L’eau utilisée pour les activités humaines peut provenir de différentes origines. Elle peut être de type conventionnel (eau de rivière ou de nappe) ou non-conventionnel (réutilisation d’eau, eau dessalée, etc.) et couvrir différentes fonctionnalités en lien avec sa qualité. En Analyse du Cycle de Vie (ACV), les méthodes actuelles d’inventaire du cycle de vie (LCI) permettent de différencier la source d’eau utilisée parmi les sources d’eau conventionnelles, ce qui n’est pas le cas pour les sources non-conventionnelles. Cependant, celles-ci sont de plus en plus utilisées, surtout dans les pays arides où l’eau est une ressource rare, et ce d’autant plus dans un contexte de changement climatique où la disponibilité des ressources conventionnelles en eau diminue. De plus, la disponibilité des ressources en eau varie dans chaque pays/bassin versant. Cependant, les pratiques actuelles d’ACV ne prennent pas suffisamment en compte cette différentiation géographique. Pour pouvoir utiliser des méthodes d’évaluation des impacts environnementaux spécifiques à chaque source d’eau, l’étape d’inventaire du cycle de vie doit permettre de préciser le type de ressource en eau utilisé.

Objectifs de la thèse

L’objectif principal de la thèse est d’inclure dans l’étape de l’inventaire du cycle de vie l’information sur la source et la qualité de l’eau utilisée selon le type d’activités humaines (usages agricoles, domestiques, industriels, etc.) et pour chaque région (pays/bassin versant) du monde.

Par analogie avec le mix électrique dans LCA, l’objectif est de développer un mix d’alimentation en eau selon le type d’utilisation de l’eau et de façon régionalisé.

L’influence des facteurs socioéconomiques et climatiques sur la disponibilité régionale des futures ressources en eau constituera également un des axes de travail de la thèse dans l’objectif de développer plusieurs scénarios prospectifs sur la disponibilité des ressources en eau et la capacité d’adaptation des différentes régions du monde.

 

Comité de thèse

 

Contact : susana.de-oliveira-leao@irstea.fr

 

Empreinte eau et ACV d’impacts de la consommation d’eau : développement d’indicateurs d’impacts de la consommation d’eau sur la biodiversité.
Mattia DAMIANI, Doctorant

Résumé

La prise en compte en ACV des impacts dus à la consommation d’eau et à sa rareté a beaucoup progressé ces dernières années. Depuis 2009, plusieurs méthodes de caractérisation des impacts couvrant différentes chaînes de causalité ont été développées.

Actuellement, les méthodes les plus utilisées sont celles orientées « midpoint ». Plusieurs de ces indicateurs « midpoint » peuvent être utilisés pour quantifier des impacts sur l’ensemble de la planète, un aspect essentiel pour évaluer la durabilité environnementale d’un produit dans un contexte de mondialisation.

Cependant, ces indicateurs ne permettent pas de quantifier de manière pertinente et fiable les dommages sur la biodiversité générés par l’utilisation des ressources en eau. Par conséquent, la communauté scientifique en ACV s’oriente vers le développement d’indicateurs orientés «endpoint», pour lesquels les dommages sur la biodiversité sont exprimés en quantité d’espèces disparues.

Dans la bibliographie, il existe quelques méthodes «endpoint» quantifiant les impacts de la consommation et de la pollution de l’eau sur la biodiversité. Ces modèles sont généralement constitués de deux facteurs : le facteur de devenir (évaluant le changement dans la disponibilité de la ressource en eau suite à une consommation) et le facteur d’effet (évaluant le dommage sur la biodiversité généré par une modification de la disponibilité de la ressource en eau).

Cette thèse se concentrera sur la détermination du facteur d’effet, pour laquelle plusieurs verrous méthodologiques doivent être levés. Un des principaux verrous concerne l’applicabilité géographique limitée de la plupart des modèles existants. Par conséquent, des adaptations doivent être mises en oeuvre afin de les utiliser dans d’autres bassins versants.

L’objectif principal de la thèse est de développer un indicateur évaluant les impacts de la consommation et de la pollution de la ressource en eau sur la biodiversité. Ces développements méthodologiques vont notamment porter sur l’amélioration de la couverture géographique des méthodes existantes, et proposer des facteurs d’effet régionalisés afin de prendre en compte les spécificités régionales/locales des bassins versants. La démarche sera appliquée sur un ou plusieurs exemples d’activités ayant de fortes pressions environnementales sur la qualité ou la ressource locale en eau.

Comité de thèse

  • Ralph ROSENBAUM – IRSTEA
  • Philippe ROUX – IRSTEA
  • Éléonore LOISEAU – IRSTEA
  • Montse NUNEZ – IRSTEA

Contact : mattia.damiani@irtsea.fr

 

Cadre de modélisation mécaniste pour évaluer les impacts environnementaux de l’utilisation de l’eau en ACV.
Montserrat NUNEZ, Post-doctorante

Encadrants

  • Ralph ROSENBAUM, Titulaire Chaire ELSA-PACT
  • Philippe ROUX, Chercheur ACV, IRSTEA

Résumé
Entre Mars 2014 et Mars 2016, il s’agit d’améliorer les métriques d’empreinte eau en analyse du cycle de vie, avec un focus sur le développement d’un cadre mécanistique pour évaluer l’utilisation de l’eau. La mission inclue la représentation de la Chaire ELSA-PACT au sein du programme WULCA (Water Use in LCA), qui est un groupe de travail de l’UNEP/SETAC et enfin l’encadrement de thèses.

Contact : montse.nunez-pineda@irstea.fr

 

 

Publications

 

2018
Larrey-Lassalle, P., Esnouf, A., Roux, P., Lopez-Ferber, M., Rosenbaum, R.K., Loiseau, E., 2018. A methodology to assess habitat fragmentation effects through regional indexes: Illustration with forest biodiversity hotspots. Ecol. Indic. 89, 543–551. doi:10.1016/J.ECOLIND.2018.01.068
Risch, E., Gasperi, J., Gromaire, M.C., Chebbo, G., Azimi, S., Rocher, V., Roux, P., Rosenbaum, R.K., Sinfort, C., 2018. Impacts from urban water systems on receiving waters – How to account for severe wet-weather events in LCA? Water Res. 128, 412–423. doi:10.1016/J.WATRES.2017.10.039
Larrey-Lassalle, P., Loiseau, E., Roux, P., Lopez-Ferber, M., Rosenbaum, R.K., 2018b. Developing characterisation factors for land fragmentation impacts on biodiversity in LCA: key learnings from a sugarcane case study. Int. J. Life Cycle Assess. 1–11. doi:10.1007/s11367-018-1449-5
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Núñez, M., Rosenbaum, R.K., Karimpour, S., Boulay, A.-M., Lathuillière, M.J., Margni, M., Scherer, L., Verones, F., Pfister, S., 2018. A Multimedia Hydrological Fate Modeling Framework To Assess Water Consumption Impacts in Life Cycle Assessment. Environ. Sci. Technol. 52, 4658–4667. doi:10.1021/acs.est.7b05207
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Hauschild, M.Z.; Rosenbaum, R.K.; Olsen, S.I. Eds. (2018) Life Cycle Assessment – Theory and Practice, Springer: Dordrecht, Netherlands, 1216 pages
 2017
Woods, J.S., Damiani, M., Fantke, P., Henderson, A.D., Johnston, J.M., Bare, J., Sala, S., de Souza, D., Pfister, S., Posthuma, L., Rosenbaum, R.K., Verones, F., 2017. Ecosystem quality in LCIA: status quo, harmonization, and suggestions for the way forward. Int. J. Life Cycle Assess. 1–12. doi:10.1007/s11367-017-1422-8
Leão, S., Roux, P., Nunez, M., Loiseau, E., Junqua, G., Sferratore, A., Penru, Y., Rosenbaum, R.., 2018. A worldwide-regionalised water supply mix (WSmix) for life cycle inventory of water use. J. Clean. Prod. 172, 302–313. doi:10.1016/j.jclepro.2017.10.135
Leão, S., El mix de suministro de agua (WSmix) para uso en Análisis de Ciclo de Vida y Huella Hídrica
Rosenbaum, R.K., 2017. Selection of Impact Categories, Category Indicators and Characterization Models in Goal and Scope Definition, Goal and Scope Definition in Life Cycle Assessment. Springer Netherlands, Dordrecht. doi:10.1007/978-94-024-0855-3_2
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Verones, F., Bare, J., Bulle, C., Frischknecht, R., HauHellweg, S., Henderson, A., Jolliet, O., Laurent, A., Liao, X., Paul, J., Maia, D., Souza, D., Michelsen, O., Patouillard, L., Stephan, P., Posthuma, L., Prado, V., Ridoutt, B., Rosenbaum, R.K., Sala, S., Ugaya, C., Vieira, M., Fantke, P., 2017. LCIA framework and cross-cutting issues guidance within the UNEP- SETAC Life Cycle Initiative. J. Clean. Prod. 161, 957–967. doi:10.1016/j.jclepro.2017.05.206
Boulay, A.-M., Bare, J., Benini, L., Berger, M., Lathuillière, M.J., Manzardo, A., Margni, M., Motoshita, M., Núñez, M., Pastor, A.V., Ridoutt, B., Oki, T., Worbe, S., Pfister, S., Ca, A.-M.B., 2018. The WULCA consensus characterization model for water scarcity footprints: assessing impacts of water consumption based on available water remaining (AWARE). Int. J. Life Cycle Assess. 23, 368–378. doi:10.1007/s11367-017-1333-8
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Frischknecht, R., Fantke, P., Tschümperlin, L., Niero, M., Antón, A., Bare, J., Boulay, A., Cherubini, F., Hauschild, M.Z., Henderson, A., Levasseur, A., Mckone, T.E., Michelsen, O., Milà, L., Pfister, S., Ridoutt, B.G., Rosenbaum, R.K., Verones, F., Vigon, B., Jolliet, O., 2016. Global guidance on environmental life cycle impact assessment indicators : progress and case study. Int. J. Life Cycle Assesment 21, 429–442. doi:10.1007/s11367-015-1025-1
Payen, S., Basset-mens, C., Nunez, M., Follain, S., Grünberger, O., Marlet, S., Perret, S., Roux, P., 2016. Salinisation impacts in life cycle assessment : a review of challenges and options towards their consistent integration. Int. J. Life Cycle Assess. doi:10.1007/s11367-016-1040-x
11367 Núñez, M., Bouchard, C.R., Bulle, C., Boulay, A.-M., Margni, M., 2016. Critical analysis of life cycle impact assessment methods addressing consequences of freshwater use on ecosystems and recommendations for future method development. Int. J. Life Cycle Assess. 21, 1799–1815. doi:10.1007/s11367-016-1127-4
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Antón, A., Torrellas, M., Núñez, M., Sevigné, E., Amores, M.J., Muñoz, P., Montero, J.I., 2014. Improvement of Agricultural Life Cycle Assessment Studies through Spatial Differentiation and New Impact Categories: Case Study on Greenhouse Tomato Production. Environ. Sci. Technol. 48, 9454–9462. doi:10.1021/es501474y

Conférences

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