Analyse de cycle de vie de scénarios énergétiques intégrant la contrainte d’adéquation temporelle production-consommation

Life Cycle Analysis of energy scenarios accounting for the temporal balance production-consumption

• Auteur / Autrice : Romain Besseau
• Direction : Isabelle Blanc, Paula Perez-Lopez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Soutenance le 12/12/2019
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Observation, Impacts, Énergie. Sophia-Antipolis
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Millet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Blanc, Paula Perez-Lopez, Anne Ventura, Enrico Benetto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Millet, Cécile Bulle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Environnement -- Études d'impact

Énergies renouvelables

Énergie -- Développement

Mots clés libres

Analyse de Cycle de Vie

Impacts environnementaux

Scénarios énergétiques

Stockage d'énergie

Adéquation production-Consommation

Séries temporelles

Life Cycle Analysis

Environmental impacts

Energy scenarios

Energy storage

Balance production-Consumption

Time-Series

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur l’évaluation des impacts environnementaux de l’énergie. Le modèle énergétique actuel, qui supporte l’ensemble des activités économiques mondiales, cause d’importants impacts environnementaux en contribuant au changement climatique et à l’épuisement de ressources, mais aussi en dégradant la biodiversité et la santé humaine. Les impacts environnementaux de l’énergie sont évalués, non pas en considérant la seule phase de production d’énergie, mais l’intégralité de leur cycle de vie : de l’extraction des matières premières jusqu’à la fin de vie. La production d’énergie renouvelable étant météo-dépendante, des systèmes de stockage d’énergie peuvent devenir nécessaires pour assurer l’adéquation temporelle entre la production et la consommation lorsque les taux de pénétration d’énergies renouvelables deviennent importants. Dans un premier temps, des modèles paramétrés d’inventaires de cycle de vie ont été développés pour chaque filière de production et de stockage d’énergie. Ils permettent de tenir compte de la variabilité technologique, spatiale et temporelle de la performance environnementale de ces systèmes qui peut être importante. Dans un second temps, une approche reposant sur le développement et le couplage de modèles paramétrés de séries temporelles de production et de consommation a été mise au point. Elle permet d’estimer les besoins de stockage induits par la météo-dépendance de la production mais aussi de la consommation. La méthode globale dynamique et paramétrique d’évaluation d’impacts environnementaux par Analyse de Cycle de Vie (ACV) alors développée a été appliquée à des scénarios d’autoconsommation puis au territoire insulaire de La Réunion. Ces travaux démontrent que, même en tenant compte des besoins de stockage induits par la variabilité de la production, les énergies renouvelables présentent, sur leur cycle de vie, une empreinte environnementale qui reste nettement inférieure aux alternatives fossiles qu’elles cherchent à substituer.

This research work deals with the environmental impact assessment of energy. The current energy model, which supports the global economy, leads to major environmental impacts by contributing to climate change and resource depletion,and by degrading biodiversity and human health. The environmental impacts of energy systems are assessed, not only considering the energy generation phase, but the whole life-cycle of energy systems : from raw material extraction to end of life. As renewable energies are weather dependent, storage systems may become required to ensure the temporal balance between the production of energy and consumption when renewable energies reach high penetration rates. As a first step, parameterized life-cycle inventory models have been developed for the main energy technologies to produce orstore energy. Those models enable to account for the technological, spatial and temporal variability that can be important. As a second step, an approach based on times-series to model energy production as well as energy consumption has been developed. It allows assessing the energy storage needs induced by the weather dependency of the production and consumption.The global dynamic and parametric method to assess the life cycle environmental impact here developed has been appliedto self-consumption scenarios and then, to the insular territory of La Réunion. Those applications reveal that, even when accounting for the storage need induced by the weather dependency of the production, renewable energies present an environmental footprint significantly lower than the fossil counterparts they aim to substitute.