Méthodologies d’analyse environnementale des filières bioénergie : approches par analyse de cycle de vie et nouvelles approches spatiales

Environmental analysis methodologies of biofuels supply chains : life cycle analyses and new spatial approaches

• Auteur / Autrice : Manuel Heredia
• Direction : Henri Bertin, Jean-François Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 04/07/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Jean-Rodolphe Puiggali
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Thellier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Blanc, Benoît Gabrielle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système d'information géographique

Analyse du cycle de vie

Environnement

Biocarburants

Mots clés libres

Biocarburants

Analyse de cycle de vie

Approches spatialisées

Changements d’affectation des Sols

Système d'information géographique

Analyse environnementale

Biofuels

Life Cycle Analysis

Spatial approaches

Land Use Change

Geographic information system

Environmental Analysis

Résumé

Cette thèse vise à fournir des bases d’informations et des outils qui font actuellement défaut dans l’analyse environnementale des filières biocarburant, en particulier dans l’analyse de cycle de vie (ACV). Ce travail comprend deux volets complémentaires. Le premier volet s’intéresse aux filières biocarburants à l’échelle internationale. Une étude descriptive permet de définir le système PEC (Production, Elaboration, Consommation) pour représenter ces filières. Dans cette représentation, un outil de reconstitution des filières basé sur les flux d’échanges internationaux en bioproduits est développé. Appliqué aux consommations de biodiesel de l’Union Européenne (UE), cet outil montre que les surfaces agricoles mobilisées au sein l’UE passent de 72% du total en 2004 à 24 % en 2009. Les surfaces agricoles « distantes » (hors UE) sont à la fois mobilisées par importations de bioproduits (22 à 46%) et à travers les importations directes de biodiesel (0 à 40%). Cet outil produit des matrices d’allocations d’impacts basées sur les consommations nationales, utiles pour l’ACV. Le deuxième volet s'intéresse aux zones de production de matières premières en considérant une échelle locale afin d’intégrer leurs hétérogénéités spatiales et leurs spécificités territoriales. Les zones de production sont localisées dans les principaux pays producteurs approvisionnant les filières biocarburants de l’UE. L’examen de ces situations de production permet d’identifier la nature des impacts locaux in situ et d’en analyser la criticité en fonction du contexte national et territorial. Des approches spatialisées à partir de Systèmes d’Information Géographique (SIG) sont appliquées aux filières bioéthanol au Brésil. Ces approches aboutissent à la caractérisation des zones d’emprises dues aux unités de bioéthanol au Brésil, ainsi qu’à la mesure d’indicateurs propres aux différents bassins de production identifiés (stabilité spatiotemporelle de l’expansion de la canne à sucre). La compréhension des structurations et des interactions à l’échelle des filières couplée à la mise en œuvre d’approches spatialisées conduit à mieux prendre en compte les aspects spatiaux prépondérants dans l’analyse environnementale et les études ACV des biocarburants consommés en Europe.

This work aims to provide informations and tools that are currently lacking in the environmental analysis of biofuels, especially in the life cycle analysis (LCA). This work includes two complementary parts. The first part focuses on biofuels supply chains at international scale. A descriptive study allows us to define the PEC system (Production, Elaboration, Consumption) to represent these supply chains. A tool is developed to describe and quantify PEC entities from biofuel consumption to areas of primary crops production. This tool is applied to biodiesel consumption in the EU using bioproducts flows data taken from international trade databases. It shows that biodiesel consumption involves a rapidly growing contribution of crop areas outside the EU (Non-EU), increasing from 28% in 2004 to 76% in 2009. Non-EU crop areas are indeed simultaneously mobilised through imports of bioproducts (22-46%) and through direct imports of biodiesel (0-40%). This tool eventually produces allocation matrices, based on national consumption, which are useful for LCA. The second part focuses on primary crops areas by considering a local level in order to integrate their spatial heterogeneities and territorial specificities. Primary crop areas in major producing countries supplying EU's biofuel consumptions are localised. Examination of the production situation in important countries allows to identify the nature of in situ local impacts and to study criticality of impacts in the national and territorial context. Then, spatial approaches based on Geographic Information Systems (GIS) are applied to bioethanol industries in Brazil. In this approach, about 620 ethanol plants in Brazil are localised using GIS and their supply areas are characterised. This leads to the measurement of specific indicators, such as spatiotemporal patterns of sugarcane expansion. These results are a contribution to the understanding of the structure and interactions among supply chains and to a better consideration of the spatial aspects in environmental analysis and LCA studies of biofuels consumed in Europe.