Ecobilan du béton. Analyse du cycle de vie: un outil pour comprendre et réduire les conséquences environnementales de vos choix.

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1 Quantis Parc scientifique EPFL, Bat A CH-1015 Lausanne, Switzerland yves.loerincik@quantis-intl.com Ecobilan du béton Analyse du cycle de vie: un outil pour comprendre et réduire les conséquences environnementales de vos choix EPFL, 3 juin 2010 Sebastien Humbert, Dr, directeur scientifique (sebastien.humbert@quantis-intl.com) Yves Loerincik, CEO (yves.loerincik@quantis-intl.com) Quantis 1

2 Introduction à l analyse du cycle de vie

3 Introduction La vision cycle de vie le concept d empreinte MATIÈRES PREMIÈRES PRODUCTION FIN DE VIE DISTRIBUTION UTILISATION VENTE Une vision globale du cycle de production-consommation 3

4 Introduction La vision cycle de vie plus que le carbone Une vision globale des emissions, utilisation des resources et déchêts 4

5 Introduction La vision cycle de vie jusqu à l impact Empreinte carbone Waterfootprint Ecosystèmes Ressources Santé humaine Calculer des indicateurs synthétiques pour la décision basés sur des agrégations de rigueur scientifique 5

6 Analyse de cycle de vie Objectifs, système Inventaire des ressources et des émissions Interprétation Analyse de l impact Inventaire = première agrégation Rarement un scénario meilleur pour toutes les émissions

7 Inventaire ouputs (valeurs fictives) 60 kg CO 2 3 mg de PM mg benzène 7 kg CO 2 5 mg de PM mg benzène inputs (valeurs fictives) 15 kg charbon 4 kg de fer 200 l d eau 0.5 m 2 de sol 2 l pétrole 0.1 kg d aluminium 10 l d eau 1 m 2 an de sol

8 Analyse de cycle de vie Objectifs, système Inventaire des ressources et des émissions Interprétation Analyse de l impact Inventaire = première agrégation Rarement un scénario meilleur pour toutes les émissions

9 Inventaire Impacts Procédés de production Production d énergie Disposition et gestion des déchets Transport Diminution des ressources Émission dans eau, air et sol CFC Pb Cd HAP COV DDT CO 2 SO 2 NO x P Poussières Diminution des ressources Réduction ozone Effet de serre Métaux lourds Subs. cancérigènes Pesticides Smog d été Smog d hiver Acidification Eutrophisation Biodiversité Diminution des ressources Santé humaine Santé des Ecosystèmes Environnement humain Ce que le décideur recherche (idéalement un seul indicateur) (par ex. quelle est l alternative la plus «écologique»? ) Indicateur unique

10 Inventaire Impacts Procédés de production Production d énergie Disposition et gestion des déchets Transport Diminution des ressources Émission dans eau, air et sol CFC Pb Cd HAP COV DDT CO 2 SO 2 NO x P Poussières PRECISION Diminution des ressources Réduction ozone Effet de serre Métaux lourds Subs. cancérigènes Pesticides Smog d été Smog d hiver Acidification Eutrophisation Biodiversité Diminution des ressources Santé humaine Santé des Ecosystèmes Environnement humain Ce que le décideur recherche (idéalement un seul indicateur) (par ex. quelle est l alternative la plus «écologique»? ) Indicateur unique

11 Inventaire Impacts Procédés de production Production d énergie Disposition et gestion des déchets Transport Diminution des ressources Émission dans eau, air et sol CFC Pb Cd HAP COV DDT CO 2 SO 2 NO x P Poussières Diminution des ressources Réduction ozone Effet de serre Métaux lourds Subs. cancérigènes Pesticides Smog d été Smog d hiver Acidification Eutrophisation Biodiversité PERTINENCE INFORMATION Diminution des ressources Santé humaine Santé des Ecosystèmes Environnement humain Ce que le décideur recherche (idéalement un seul indicateur) (par ex. quelle est l alternative la plus «écologique»? ) Indicateur unique

12 ACV du béton

13 ACV et Bâtiments Bâtiments: responsables de ~ 1/3 des impacts environnementaux Bâtiments Minergie? LEED? Ecolos? Durable? 13 13

14 ACV d un bâtiment standard Bureaux ~ 400 personnes, conditions Californiennes, Opérations prennent en compte les pendulaires Impacts totaux O & M O & M - details Normalized damage [pers-yr / building (50 years)] human health Unites ecosystem quality climate change Damage category resources Operation (41-50 yr) Operation (31-40 yr) Operation (21-30 yr) Operation (11-20 yr) Operation (1-11 yr) Construction & decomissioning construction Normalized damage [pers-yr / building (for one year operation)] human health ecosystem quality climate change Damage category resources Lawn (maintenance) Waste - organic Waste - metal Waste - aluminum Waste - paper Waste - plastic Waste - glass Commuting (car) Water - irrigation Water - inside Heating (nat. gas) Electricity (US mix) O& M dominantes! Surtout a cause de l énergie et du transport

15 ACV et matériaux de construction Une fois l O&M gérée / sous contrôle Construction Quels matériaux choisir? Matériaux naturels? Matériaux recyclable? Matériaux locaux? Etc

16 Production vs Transport (GES) 16 Emissions de GES (kgco2eq/kg) transport (1000 km) production 0 Aluminium, primary Aluminium, recycled Steel, primary Steel, recycled Copper, primary Copper, recycled Glass, primary Glass, recycled Wood, no degradation Wood, land degradation Beton, Portland Beton, 50% fly ash

17 ACV et Béton Béton: ~10 milliards de tonnes/année Ciment: 5% des émissions de GES! 2 milliards tonnes/année Premier matériaux produit! Importance de: Connaitre les impacts du béton Réduire les impacts du béton 17 17

18 ACV du béton Emissions de gaz a effet de serre (kg CO2eq/tonne de beton) Beton (moyen) Ready-mix plant, operation Ready-mix plant, infrastructure Admixture Water Cement - delivery Cement - production Sand (generic) - delivery Sand (generic) - production Coarse aggregate - delivery Coarse aggregate - production

19 Cendres volantes Fine poudre provenant des usines à charbon > 500 millions tonnes produites dans le monde en 2006 Traditionnellement mises en décharge Peuvent être utilisées dans les travaux de génie civil Stabilisation des déchets Routes Production du ciment et/ou béton substitution pour 1:1 de ciment Portland 20% à 50% du ciment

20 ACV du béton avec cendres volantes 250 Ready-mix plant, operation Ready-mix plant, infrastructure Emissions de gaz a effet de serre (kg CO2eq/tonne de beton) Admixture Water Fly ash - delivery Fly ash/slag - landfill (credit) Cement - delivery Cement - production Sand (generic) - delivery -50 Beton (moyen) Beton (25% de cendres Beton (50% de cendres Beton (100% de cendres Sand (generic) - production Coarse aggregate - delivery volantes) volantes) volantes) Coarse aggregate - production 20 20

21 Les GHES ne sont PAS l indicateur limitant! Sante humaine (DALY/tonne de beton) Ready-mix plant, operation Ready-mix plant, infrastructure Admixture Water Fly ash - delivery Fly ash/slag - landfill (credit) Cement - delivery Cement - production Sand (generic) - delivery Beton (moyen) Beton (25% de cendres volantes) Beton (50% de cendres volantes) Beton (100% de cendres volantes) Sand (generic) - production Coarse aggregate - delivery Coarse aggregate - production 21

22 ACV et Allocation Le cas du béton avec cendres volantes Cendres volantes: LA solution pour réduire les impacts du béton? Mouvement qui prend de l ampleur (e.g., Californie demande 20% de cendres volantes dans le béton) Mais est-ce une bonne chose? > 300,000,000 tonnes CO 2! Cendres volantes proviennent des centrales à charbon Sont-elles un produits qui pollue à produire? Allocation des impacts? Différentes méthodes pour faire cette allocation 22 22

23 Allocation d une partie des impacts aux cendres volantes 0.07 tonne de cendres produites par tonne de charbon brûlé 15 tonnes de charbon/tonne de cendres volantes kwh / tonne de charbon kwh / pour produire une tonne de cendres volantes 0.04 USD / kwh Revenus dûs à la production d électricité: 96 USD par tonne de charbon brulé. 20 USD / tonne de cendres volantes Revenus dûs aux cendres volante: 20 x 0.07 tonne de cendres volantes par tonne de charbon brûlé = 1.4 USD par tonne de charbon induite par les cendres volantes Plus de 1% des impacts de la combustion du charbon!

24 Damage to climate change (kg CO2e/ton of Portland cement or fly ash within the concrete) ACV des cendres volantes (avec allocation economique d une certaine partie des impacts) Portland cement 0 USD/t (0%) Allocated impacts Base case ('real' impacts) 10 USD/t (0.7%) 20 USD/t (1.4%) 30 USD/t (2.1%) 40 USD/t (2.9%) 50 USD/t (3.6%) 60 USD/t (4.3%) 70 USD/t (5.0%) 80 USD/t (5.7%) 90 USD/t (6.4%) 100 USD/t (7.1%) kgco 2e A partir de 25 USD/tonne de cendres Impacts des cendres > bénéfices des cendres Prix du ciment? 15 t coal (= 1 t fly ash)

25 Influence sur le marché de l électricité Le charbon est le plus gros émetteur CO 2e dans le mix d électricité Charbon: gco 2e /kwh Gaz naturel: 700 gco 2e /kwh Nucléaire: 10 gco 2e /kwh Hydro: 9 gco 2e /kwh Renouvelable: 9 gco 2e /kwh US mix: 700 gco 2e /kwh US mix sans charbon: 300 gco 2e /kwh Electricité US par source Charbon Nuclear 20% Hydro 7% Natural gas 16% Wind 0% PV 0% Oil 3% Wood 2% US mix Geothermal 0% Others 1% Coal 51% Si la compétitivité du charbon augmente Augmentation de l intensité C du mix US

26 Influence sur le marché de l électricité Le charbon est le plus gros émetteur CO 2e dans le mix d électricité Charbon: gco 2e /kwh Gaz naturel: 700 gco 2e /kwh Nucléaire: 10 gco 2e /kwh Hydro: 9 gco 2e /kwh Renouvelable: 9 gco 2e /kwh US mix: 700 gco 2e /kwh Ce que l on cherche est réduire les impacts totaux, et non pas aider une Nuclear 20% industrie polluante a survire plus longtemps US mix sans charbon: 300 gco 2e /kwh Electricité US par source Charbon Hydro 7% Natural gas 16% Wind 0% PV 0% Oil 3% Wood 2% US mix Geothermal 0% Others 1% Coal 51% Si la compétitivité du charbon augmente Augmentation de l intensité C du mix US

27 Bénéfices des cendres volantes par rapport à l impact de l augmentation de la compétitivité du charbon Réduction des impacts si toutes les cendres volantes substituent du ciment 72 Mt PC/année * 760 kg CO 2e /t PC = 55 Mt CO 2e Production électricité US Total: kwh/année (700 gco 2e /kwh) Dont charbon: kwh/année (1 100 gco 2e /kwh) Dont autres: kwh/année (300 gco 2e /kwh) Impacts additionels de l électricité à base de charbon par rapport au mix d électricité sans charbon: 800 gco 2e /kwh Nombre additionel de kwh à base de charbon pour compenser les économies réalisées grâce à la substitution du ciment: kwh/année Ce qui représente: 3% de la production d électricité à base de charbon aux USA

28 Conclusions Utilisation des cendres volantes est intéressante seulement si: Considérée comme un déchet et non comme un coproduit: < ~25 USD/t de cendres volantes payée a l usine électrique Ou Ne provoque pas une augmentation de la production d électricité au charbon de plus de 3% de l évolution normale (c. a. d. sans valorisation économique des cendres volantes) Modèle économique nécessaire vérifier si l allocation économique, resp. augmentation de compétitivité de l'industrie du charbon est valide dans le cas des cendres volantes, et si tel est le cas, quelles sont les corrélations

29 Questions?