Integrated assessment of selected materials for criticality and environmental sustainability : application to the healthcare sector and methodological enhancements

par Jair Santillan Saldivar

Thèse de doctorat en Génie des Procédés

Sous la direction de Guido W. Sonnemann et de Steven B. Young.

Soutenue le 24-03-2021

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des sciences chimiques , en partenariat avec Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Évaluation intégrée de matériaux sélectionnés pour leur criticité et durabilité environnementale : application dans le secteur de la santé et améliorations méthodologiques


  • Résumé

    Les activités nécessaires pour fournir des services de santé posent plusieurs défis en termes de durabilité. Le secteur de la santé repose sur divers produits, services et installations, notamment des produits jetables, équipements complexes et moyens de transport. Ce domaine a été peu exploré sous l'angle de la durabilité et le niveau de sensibilisation à ce sujet est faible. Les méthodologies basées sur le cycle de vie ont le potentiel de caractériser la durabilité liée au secteur de la santé et à bien d'autres; toutefois, ces méthodes sont principalement - sinon exclusivement - liées à une voie inside-out pour évaluer les impacts. D'un point de vue outside-in, la criticité des ressources a le potentiel de répondre aux préoccupations relatives à la disponibilité des ressources pour le secteur de la santé, en particulier après son intégration dans le cadre de l'évaluation de la durabilité du cycle de vie (LCSA).Une tâche en suspens autour de cette voie méthodologique proposée est d'explorer l'applicabilité et l'état de préparation des approches de risque d'approvisionnement, en particulier la méthode de risque géopolitique d'approvisionnement (GeoPolRisk), proposée pour évaluer les impacts liés aux ressources. Cette recherche fournit et intègre des techniques d'évaluation de la durabilité environnementale dans une perspective de cycle de vie, en particulier sur l'amélioration des indicateurs de criticité en tant que voie d'impact outside-in associée au domaine de protection "Ressources naturelles" dans l'analyse du cycle de vie (ACV); en outre, leur applicabilité est validée par de multiples études de cas, dont l'une fait partie du secteur de la santé.La thèse est divisée en 9 chapitres et suit deux branches: "Durabilité des soins de santé" et "Criticité des ressources dans l'ACV". Le premier chapitre fournit une introduction au manuscrit et présente la question de recherche et les objectifs de la thèse ; il est suivi par l'état de l'art dans le chapitre 2. Le chapitre 3 présente le développement d'un nouveau cadre pour relever les défis de la durabilité dans le secteur de la santé par le biais de la pensée cycle de vie. Les chapitres 4 et 5 proposent et testent des développements méthodologiques pour évaluer le risque d'approvisionnement géopolitique. Ces aspects sont nécessaires pour mieux aborder les impacts liés aux ressources en ACV. Le chapitre 6 présente une évaluation intégrée de la criticité des ressources avec les catégories d'impact environnemental traditionnellement utilisées en ACV. Dans le chapitre 7, la méthode GeoPolRisk est utilisée pour mieux comprendre la pertinence de l'évaluation des impacts outside-in associés à un élément utilisé dans le secteur de la santé. Le chapitre 8 intègre les développements méthodologiques présentées précédemment pour étudier les impacts inside-out et outside-in dans le cadre d'une étude de cas associée à l'imagerie médicale. Enfin, les perspectives de développement sur le terrain sont examinées dans le dernier chapitre du manuscrit.Dans la branche " Durabilité des soins de santé", ce travail contribue à l'élaboration d'un cadre intégré pour soutenir la recherche dans ce domaine et à la première application à une étude de cas dans le secteur de la santé d'une analyse intégrée du cycle de vie intégrant des indicateurs environnementaux et la méthode GeoPolRisk. Dans la branche "Criticité des ressources dans l'ACV", la thése développe de nouvelles approches et propose des améliorations méthodologiques pour faire progresser l'évaluation de l'utilisation des ressources dans l'ACV.


  • Résumé

    The activities required to provide healthcare services bring challenges to environmental sustainability. The sector relies on diverse products, services and facilities, including disposable products, complex equipment and transportation. This domain has not been well explored from a sustainability lens and the level of awareness around healthcare sustainability is low. Life-cycle based methods have the potential to characterize systems related to the healthcare sector and many others; however, these methods are mostly – if not exclusively – related to an inside-out pathway to assess impacts. From an outside-in perspective, there is potential for raw material criticality to assess resource availability in the healthcare sector, especially after the proposal to integrate it into the Life Cycle Sustainability Assessment (LCSA) framework.A pending task around this proposed methodological pathway is to explore the applicability and readiness of supply risk methods, specifically the geopolitical supply risk (GeoPolRisk) method has been proposed to assess resource related impacts. This research provides and integrates methods to assess environmental sustainability from a life cycle perspective with focus on enhancing criticality indicators as an outside-in impact pathway associated with the Area of Protection “Natural Resources” in Life Cycle Assessment (LCA); moreover, their applicability is validated with multiple case studies, being one of those a part of the healthcare sector.The thesis is divided in 9 chapters along two branches: “Healthcare Sustainability” and “Raw Material Criticality in Life Cycle Assessment”. The first chapter provides an introduction to the manuscript and presents the research question and objectives of the thesis; it is followed by the state of the art in chapter 2. Chapter 3 presents the development of a novel framework to help address sustainability challenges in the healthcare sector through life cycle thinking. Chapter 4 and Chapter 5 propose and test methodological enhancements to the geopolitical supply risk method required to better address resource related impacts in life cycle assessment. Chapter 6 presents an integrated assessment taking into account the enhanced method and its relation to more traditionally used environmental impact categories in LCA. In chapter 7, the GeoPolRisk method is used to better understand the relevance of assessing outside-in impacts associated to an element used in the healthcare sector. Chapter 8 integrates the methodological enhancements previously presented to study inside-out and outside-in impacts for a case study associated with medical imaging. Finally, accomplishments and future opportunities for development on the field are discussed as part of the last chapter of the manuscript.Along the branch of “Healthcare Sustainability” this work contributes to the development of an integrated framework to support research in this domain and the first application to a case study in the healthcare sector of an integrated life cycle assessment incorporating environmental indicators and the GeoPolRisk method. Along the branch of “Raw Material Criticality in LCA”, the PhD develops new approaches and proposes methodological enhancements to advance the assessment of resource use in LCA.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 24-03-2022


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