conception: : comparaison des filières de production d électricité

Journées 2007 de la section électrotechnique du club EEA 14-15 15 mars 07 Energie et développement durable - Rennes ENS de Cachan ACV et eco-conception conception: : comparaison des filières de production d électricité Yves Loerincik yves.loerincik@ecointesys.ch, www.ecointesys-lcs.ch, www.green-e.ch Directeur Ecointesys Life Cycle Systems Source: Olivier Jolliet, Université de Michigan Damien Friot, Université de Genève ecoinvent, www.ecoinvent.ch

Plan de la présentation L approche cycle de vie L utilité d un écobilan La réalisation d un écobilan L analyse de l impact sur l environnement Quelques exemples 2

L approche cycle de vie GJ énergie primaire 3.5 3.0 Classe A Classe E 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Eclairage (7 lampes) 0.0 0 40 80 120 160 [CHF] 3

Définitions L analyse du cycle de vie: méthode d analyse qui vise à évaluer de façon quantitative l ensemble des conséquences environnementales potentielles d un produit ou d un service, en considérant tout son cycle de vie Le cycle de vie d un produit représente tous les processus associés à celui-ci, depuis l extraction et la transformation des ressources naturelles, la fabrication des composantes et l assemblage du produit fini, son emballage et sa distribution, son utilisation, ainsi que la gestion des matières résiduelles en fin de vie, sans égard au lieu ou au moment auxquels ils ont lieu (approche du berceau au tombeau ou «Craddle to grave») 4

Méthodes d analyse Management, prise de décision Système technologique Performances, durées de vie Aspects environnementaux Concepts Life Cycle Thinking Design pour l environment Ecologie industrielle Procédures Aspects économiques & sociaux 5 Méthodes d analyse Analyse du cycle de vie Analyse flux de substances Analyse du risque Etude d impact environnemental Ecolabel Audit environnem. SME

Des outils pour chaque stade de développement du produit information impact potentiel marge d'action 6 Design pour l'environnement ACV screening Bilan énergie ACV détaillée

Aperçu Historique Bilans de matière dans l industrie chimique du XIX ème siécle 1975 Coca-Cola, É-U REPA (Resource and Environmental Profile Analysis) : bilan de matière et d énergie des emballages 1984 Suisse Bilan écologique des matériaux d emballage 1997-2000 Série de normes sur l ACV par l ISO (Organisation Internationale de Normalisation) (14040 / 14041 / 14042 / 14043) 1973 1 er choc pétrolier Bilans énergétiques 1979 Fondation de la SETAC (Society for Environmental Toxicology and Chemistry) 1990-1995 Groupes de travail de la SETAC 2002 Initiative pour le Cycle de Vie du PNUE (Programme des Nations-Unies pour l Environnement) et de la SETAC 7

Pourquoi un écobilan? L approche cycle de vie L utilité d un écobilan La réalisation d un écobilan L analyse de l impact sur l environnement Quelques exemples 8

Définir des priorités d action Le problème n est pas de résoudre les problèmes individuels - en ingénierie, la technologie est soit déjà disponible, soit elle peut être développée à cet effet. Le problème est plutôt de définir les priorités d action. Le monde ne peut pas se payer le luxe de tout faire. Barlow, 1993 9

Pourquoi l analyse du cycle de vie? 10 Développement de produits et de procédés : ecoconception, optimisation de procédés existants (consommation d énergie et de matières premières) -> Analyse interne, management environnemental, gestion ressources Choix d alternatives : substitution de substances dangereuses, de procédés ou filière de traitement et/ou recyclage des déchets -> Analyse interne, politiques publiques, achats publiques Réduction des impacts : identification des processus contributeurs le long d une chaîne de production consommation - > Analyse interne, management environnemental, rating entreprise Développement commercial : comparaison de produits concurrents, information au public (déclaration environnementale de produits), ecolabel (élaboration des critères d obtention et certification), communication -> Communication (ISO 14 040), stratégie marketing Gestion des risques énergétiques et environnementaux: identification de substances particulières, identification des processus clés. -> Management entreprise, communication parties prenantes (actionnaires)

L ACV, un outil largement utilisé 11 Companies United Technologies Procter & Gamble, Belgium Volvo Technological Dev, Sweden Ford Motor Company AG, BMW General Motors, DaimlerChrysler Stora Enso Oyi, Sweden Antonio Puig, S.A. Spain Alcan Technology & Management AG Novartis International Mikron S.A. Boudry ABB Pharmacia and Upjohn Bekaert Group Motorola Technology Center Europe France Telecom,Swisscom,Deuts. Tcom BCV OTV, Degrémont Secteur d activité Aérospatiale Produits de consommation Automobile Automobile Automobile Foresterie Parfums, cosmétiques Aluminium et composites Agrochimie Microélectronique Electromécanique Chimie Câbles Télécommunications Télécommunication et services Finance Traitement de l eau

Plan de la présentation L approche cycle de vie L utilité d un écobilan La réalisation d un écobilan L analyse de l impact sur l environnement Quelques exemples 12

Analyse du cycle de vie - Relie l impact environnemental à la fonction d un produit/service - Bilan quantifié sur tout le cycle de production, berceau à la tombe - Effets multiples: effet de serre, toxicité, ressources, etc. Définition des objectifs et du système Inventaire des polluants et des matières premières Interprétation 13 Analyse de l impact

Biomatériaux POP-CORN vs. POLYSTYRENE PS: Matériel non renouvelable + non biodegradable Pop-corn: renouvelable + biodegradable Dépasser les «à priori": Quels sont les paramètres clés d un point de vue environnemental? 14

15 Matériaux renouvelables limites du système

Impact du Popcorn en fonction de celui du Polystyrène IMPACTS DU CYCLE DE VIE PAR kg DE MATÉRIAU Phosphates 100% 80% 60% 40% Nitrates NH3 SO2 NOx HC 20% 0% PS PC Ecopoints PS PC Volume critiques PS PC Surf.-temps critiques CO Part. N2O CO2 Le maïs soufflé est la solution favorisée par chacune des méthodes d évaluation des impacts (d un facteur de 3 à 4) 16

Impact du Popcorn en fonction de celui du Polystyrène IMPACTS DU CYCLE DE VIE PAR m 3 DE MATÉRIAU 200% 150% 100% 50% 0% PS PC Ecopoints PS PC Volumes critiques PS PC Surf.-temps critiques Phosphates Nitrates NH3 SO2 NOx HC CO Part. N2O CO2 Du point de vue volumique, les impacts du maïs soufflé sont directement multipliés par 4.6 Le maïs soufflé est maintenant défavorisé par chacune des méthodes 17

Conclusions Popcorn - Polystyrène Le paramètre environnemental clé: la densité! c est sur ce point qu il faut agir en priorité, avec 500% d amélioration potentielle! Naturel est différent de favorable à l environnement Une production industrielle peut être plus favorable qu'un produit très naturel 18

Analyse du cycle de vie - Relie l impact environnemental à la fonction d un produit/service - Bilan quantifié sur tout le cycle de production, berceau à la tombe - Effets multiples: effet de serre, toxicité, ressources, etc. Définition des objectifs et du système Inventaire des polluants et des matières premières Interprétation 19 Analyse de l impact

Base de données ecoinvent www.ecoinvent.ch collaboration entre 6 instituts de recherche Thèmes : Systèmes énergétique (renouvelables et non-renouvelables) Matériaux et construction Chimiques Transports Métaux Emballages Traitement des déchets Agriculture 20 400 flux d inventaire pourr 2500 processus unitaires Résultats des méthodes d analyse de l impact

L énergie primaire L'énergie primaire est l'énergie sous sa forme première, non traitée ; par exemple, le pétrole brut ou l'uranium. Energie primaire = Energie finale + Energie de production et de distribution 21

Comment comparer deux polluants? La comparaison n est pas immédiate. C est comme comparer des pommes et des poires. Considérant la quantité et l hétérogeneité des polluants dans une EICV, ça peut sembler encore pire, comme essayer de comparer des éléphants et des pommes: A propos, comment comparer des pommes avec un éléphant?? 22

Analyse du cycle de vie - Relie l impact environnemental à la fonction d un produit/service - Bilan quantifié sur tout le cycle de production, berceau à la tombe - Effets multiples: effet de serre, toxicité, ressources, etc. Définition des objectifs et du système Inventaire des polluants et des matières premières Interprétation 23 Analyse de l impact

Inventaire Impacts Procédés de production Production d énergie Disposition et gestion des déchets 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 Indicateur unique Transport 24

Ecobilan, du produit à l entreprise Produits Entreprise Amont Directe Aval Emission samont Fournisseur pour les processus de l entreprise (A) Consommation de ressources naturelles Emission samont Fournitures pour l utilisation des produits (D) Emissions directes sur le site de production Processus de l entreprise (B) (b) Consommation de ressources naturelles Emissions directes durant la phase utilisation Phase utilisation du produit (E) Emissions dûes à l élimination et au recyclage des déchets Gestion des déchets de l entreprise (C) Consommation de ressources naturelles Emissions dûes à l élimination ou au recyclage du produit Elimination du produit (F) 25 Consommation de ressources naturelles Consommation de ressources naturelles Consommation de ressources naturelles

Entreprise pharamaceutique xxx xxx Quels sont les impacts principaux d une entreprise pharmaceutique? 26

27 Bilan d une entreprise pharmaceutique Emissions CO2 par étape du cycle de vie 4.E+04 3.E+04 2.E+04 1.E+04 Représentants Voyages de travail Produits Employés Matières premières Electricité Combustibles fossiles 0.E+00 R&D (énergie) Matières premières Production énergie Transport Site de production Packaging Incinération déchets Bâtiments kg CO2/x kg subst. act.

28 Bilan d une entreprise pharmaceutique Emissions CO2 par étape du cycle de vie 4.E+04 3.E+04 2.E+04 1.E+04 Représentants Voyages de travail Produits Employés Matières premières Electricité Combustibles fossiles 0.E+00 R&D (énergie) Matières premières Production énergie Transport Site de production Packaging Incinération déchets Bâtiments kg CO2/x kg subst. act.

Vue d ensemble des résultats liens avec les coûts Bilan énergie primaire, CO2 et coûts 100% R&D (énergie) 80% Voyages représentants Transport produits Transport matières premières 60% Voyages de travail Transport employés 40% Traitement déchets Bâtiments Packaging 20% Chaudières Matières premières 0% Energie primaire Emissions CO2 Coûts Electricité 29

ACV et production d électricité Utilisation des ACV: choix du vecteur énergétique; choix des technologies utilisées; eco-conception de la production d électricité; optimisation du bilan écologique (par exemple réseau); Bilan des filières de production: nucléaire; centrales thermiques: gaz, pétrole, charbon; énergies renouvelables: hydro, biomasse, éolien, photovoltaïque, etc...; 30

31 1.40E+01 1.20E+01 1.00E+01 8.00E+00 6.00E+00 4.00E+00 2.00E+00 0.00E+00 Comparaison de plusieurs modes de production Gaz Naturel Energie 1.20E-04 1.00E-04 8.00E-05 6.00E-05 4.00E-05 2.00E-05 0.00E+00 Charbon Gaz Naturel Changement climatique 1.20E-04 1.00E-04 8.00E-05 6.00E-05 4.00E-05 2.00E-05 0.00E+00 Santé humaine Charbon Energie primaire non-renouvelable [MJ/kWh] Changement climatique [points] Impact sur la santé humaine [points] Charbon Gaz Naturel

Arbre des procédés pour le gaz 32 Source: ecoinvent

Electricité à partir de gaz 33 Source: ecoinvent

Electricité à partir de pétrole 34 Source: ecoinvent

Electricité à partir du soleil 35 Source: ecoinvent

Comparaison de plusieurs mix d électricité 36 Impact par Gwh d électricité

Comparaison des mix d électricité pour les pays européens 37 Source: ecoinvent

Conclusions On ne peut pas tout faire, fixer des priorités Approche cycle de vie permet de ne pas déplacer des impacts Quantification des impacts 38 L ACV permet de : comparer des scénarios, fixer des priorités, mesurer les performances, comparer des produits, aide au design

Ouvrages de référence O Jolliet, M Saadé, P Cretaz (2005) Analyse du cycle de vie, Comprendre et réaliser un écobilan, Presses Polytechniques et universitaires romandes, 242 p. N Wrisberg, H A Udo de Haes (Eds.) (2002) Analytical Tools for Environmental Design and Management in a Systems Perspective, Kluwer Academic Publishers, 275 p. H Baumann, A-M Tillman (2004) The hitchhiker's guide to LCA : an orientation in life cycle assessment methodology and application, Studentlitteratur, 543 p. Centre of Environmental Science - Leiden University (CML) (2001) Life cycle assesment, An operational guide to the ISO standards (Final report) - Part 1 LCA in perspective + Part 2a Guide, 11 + 101 p. H Wenzel, M Hauschild, L Alting (1997) Environmental Assessment of Products Volume 1: Methodology, Tools and Case Studies in Product Development, Institute for Product Development, Chapman & Hall (fisrt edition, 1997), Kluwer Academic Publishers (second printing, 2000), 543 p. M Hauschild, H Wenzel (1998) Environmental Assessment of Products Volume 2: Scientific Background, Chapman & Hall, 565 p. Revues scientifiques traitant de l analyse du cycle de vie : International Journal of LCA Journal of Industrial Ecology Journal of Cleaner Production 39

Ouvrages de référence ISO 14 040 (1997) Management environnemental Analyse du cycle de vie Principes et cadre, Organisation internationale de normalisation, 17 p. ISO 14 041 (1998) Management environnemental Analyse du cycle de vie Définition de l objectif et du champ d étude et analyse de l inventaire, Organisation internationale de normalisation, 22 p. ISO 14 042 (2000) Management environnemental Analyse du cycle de vie Évaluation de l impact du cycle de vie, Organisation internationale de normalisation, 12p. ISO 14 043 (2000) Management environnemental Analyse du cycle de vie Interprétation du cycle de vie, Organisation internationale de normalisation, 19 p. ISO/TS 14 048 (2002) Management environnemental Analyse du cycle de vie Format de documentation de données, Organisation internationale de normalisation, 41 p. ISO/TR 14 049 (2000) Management environnemental Analyse du cycle de vie Exemples d application de l ISO 14041 traitant de la définition de l objectif et du champ d étude et analyse de l inventaire, Organisation internationale de normalisation, 45 p. 40