Etudes des impacts environnementaux pour l'évaluation dynamique des filières industrielles : application au déploiement des scénarios de la transition énergétique

Study of environmental impacts for the dynamic assessment of industrial sectors : application to the deployment of energy transition scenarios

• Auteur / Autrice : Aziz Er-Raki
• Direction : Stéphane Negny, Jean-Pierre Belaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel
• Date : Soutenance le 29/01/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Millet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Negny, Jean-Pierre Belaud, Didier Hartmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Patisson, Tatiana Reyes Carrillo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique

Transition énergétique

Analyse du cycle de vie

Mots clés libres

Analyse de cycle de vie

Dynamique

Transition énergétique

Life cycle analysis

Dynamics

Energy transition

Résumé

L’ACV est une méthode d’aide à la décision qui s’appuie sur une méthodologie rigoureuse et transparente, se développe et s’améliore sans cesse. Son intérêt réside dans la prise en compte de la pensée cycle de vie et des impacts selon plusieurs catégories de l’environnement liés au cycle de vie d’un produit (ou d’un procédé, d’un service, d’un système ou d’une filière), c’est-à-dire depuis l’extraction des matières premières jusqu’à la fin de vie du produit, en passant par les phases de transport, de fabrication et d’utilisation. L’ACV propose une vision globale de tout le cycle de vie et permet d'avoir des résultats à différents niveaux. Cependant la méthode ACV présente des limites. Une limite essentielle est liée à l’absence de prise en compte de la notion de temps et d'espace. La méthode ACV « classique » fournit une image d’un système à l’équilibre, moyenné sur la durée de vie des différentes installations, de leur construction jusqu’à leur démantèlement. Cette vision n’est pas adaptée à la réalité du contexte actuel de transition énergétique, pour laquelle des moyennes à l’équilibre peuvent générer des interprétations très différentes des valeurs instantanées. En effet, avoir besoin d’une certaine masse de matière première répartie sur une durée de 50 ans ou bien seulement sur 5 ans ne provoquera pas le même impact. L’inventaire des besoins en matière pour la construction des installations (béton, métaux…) et leur exploitation (réactifs, eau, métaux…) doit être établi, ainsi que celui des émissions en phase d’exploitation et de démantèlement. On s’oriente ainsi vers une analyse de cycle de vie dite « dynamique », c’est-à-dire capable de prendre en compte les évolutions temporelles du scénario considéré. Présentation de l’approche globale et identification des niveaux d’intégration de la notion dynamique dans les études d’ACV Etudes de cas L’approche proposée sera confrontée à plusieurs études de cas industriels : • Evaluation des impacts environnementaux lors de déploiement de différents scénarios français de transition énergétique L'objectif principal de cette dernière étude est de proposer une approche plus complète pour la caractérisation des impacts des scénarios de transition énergétique, en prenant en compte : L’état du parc existant L’actualisation dynamique des bases de données L’évolution des technologies La capacité de stockage La stabilité du réseau Démantèlement et recyclage • Evaluation dynamique des impacts liés aux émanations du radon des résidus miniers La filière nucléaire est l’une des filières les moins carbonées, mais elle est la plus impactante dans la catégorie « rayonnement ionisant », l'origine principale de cet impact se concentrant au niveau de l’émanation de radon des résidus miniers. Cette étude propose une méthode d’estimation de l’inventaire dynamique du radon au niveau des résidus miniers en prenant en compte les différents paramètres intrinsèques de chaque site, notamment la production annuelle, la teneur du minerai, le rendement d'attaque, l’épaisseur de demi-atténuation (« half-value layer ») du résidu, les durées de chaque phase (exploitation, arrêt et évolution ultérieure), le type et la hauteur de couverture ainsi que son taux de dégradation. Afin de compléter la caractérisation de l’impact radiologique et d’aboutir à une modélisation complète, des facteurs de caractérisation dynamique ont été déterminés en fonction des autres paramètres influents : hauteur des résidus, vitesse du vent, température, intensité de la pluie, distance de la population et son régime alimentaire. La conclusion générale de la thèse récapitule les avantages et inconvénients des différents niveaux d’approche dynamique, en insistant sur leur complexité et leur pertinence par rapport à une approche statique inappropriée pour des systèmes évolutifs.

LCA is a decision support method based on a rigorous and transparent methodology but has some limitations, mainly linked to the lack of account of the concept of time and space. The classic LCA approach provides a picture of a system at equilibrium, averaged over the lifespan of different facilities, from construction to dismantling. This view is far from reality in the current context of energy transition, where equilibrium averages can turn out to be very different from instantaneous values. The inventory of material needs for the construction of facilities (concrete, metals, etc.) and their operation (reagents, water, metals, etc.) should be established, as well as that of emissions during operation and dismantling phases. Case studies • Assessment of the environmental impacts during the implementation of different energy transition scenarios The main objective of this last study is to propose a complete approach for the characterization of the impacts of energy transition scenarios, taking into account: The state of the existing fleet Dynamic updating of databases The evolution of technologies Storage capacity Network stability Dismantling and recycling • Dynamic assessment of the environmental impacts of radon emanation from uranium tailings The nuclear energy is one of the least carbon-intensive industries, but it has the biggest impact in the "ionizing radiation" category, the main source of this impact being brought by radon emanation from milling residues. This study proposes a method for estimating the dynamic inventory of radon in tailings by taking into account the various intrinsic parameters of each mining site, i.e. the annual production, the ore grade, the leaching yield, the half-value layer thickness of the residue, the durations of each phase (operation, shutdown and subsequent remediation), the type and height of cover as well as its degradation rate. In order to complete the characterization of the radiological impact and to lead to a complete modelling, dynamic characterization factors were determined according to other spatial parameters: tailing height, wind speed, temperature, intensity of rain, distance of the population and its diet. The general conclusion of the dissertation summarizes the advantages and drawbacks of the different levels of dynamic approach, emphasizing their complexity and their relevance compared to an inappropriate static approach for evolving systems.