Analyse de cycle de vie conséquentielle appliquée aux ensembles bâtis

par Charlotte Roux

Thèse de doctorat en Energétique et Procédés

Sous la direction de Bruno Peuportier et de Patrick Schalbart.

Soutenue le 26-09-2016

à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec École nationale supérieure des mines (Paris) (Etablissement de préparation de la thèse) et de Centre Efficacité Énergétique des Systèmes. Paris (laboratoire) .

Le président du jury était Cécile Bulle.

Le jury était composé de Bruno Peuportier, Patrick Schalbart, Adélaïde Feraille, Isabelle Blanc, Christophe Gobin.

Les rapporteurs étaient Niklaus Kohler, Patrick Rousseaux.


  • Résumé

    La construction et la réhabilitation des bâtiments et des quartiers induisent des dommages environnementaux de nature diverse (consommation de ressources, émissions de substances toxiques, atteintes aux écosystèmes). De plus, ces impacts peuvent être générés de manière indirecte (déchets radioactifs produits par la consommation d’électricité par exemple). D’où l’importance d’une approche d’évaluation environnementale holistique et multicritère. L’analyse de cycle de vie (ACV) correspond à ce cahier des charges. Cette méthode a été appliquée pour évaluer la contribution d’un bâtiment ou d’un quartier à un ensemble de thématiques environnementales (au contraire d’un outil monocritère comme le bilan carbone) et ce sur l’intégralité du cycle de vie : fabrication des matériaux, construction, utilisation, rénovation, démolition et traitement des déchets. Cette méthode peut être utilisée à différente étapes d’un projet : définition d’objectifs de programme, aide à la conception, aide à la gestion, aide à la rénovation, aide à la stratégie de déconstruction.Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’application de l’ACV à l’éco-conception des ensembles bâtis, de la maison individuelle jusqu’au quartier multifonctionnel. L’objectif est d’améliorer la qualité de l’aide à la décision fournie par les outils d’éco-conception en matière de réalisme et de précision des études.Trois axes de travail en interaction ont été explorés :- Conséquentiel : Quels apports conceptuels et pratiques peut-on mettre en œuvre sur la base des recherches sur l’ACV conséquentielle ?- Dynamique : Comment intégrer les interactions dynamiques entre le parc bâti et son système d’arrière plan, en particulier le système électrique?- Prospectif : Comment tenir compte de la longue durée de vie des ensembles bâtis ?La thèse propose premièrement un nouveau cadre conceptuel pour l’évaluation des projets de conception et de réhabilitation s’inspirant des récents travaux méthodologiques sur l’ACV conséquentielle. L’application pratique de cette nouvelle approche « conséquentielle-projet » nécessite la production de connaissances mobilisant l’ACV dynamique et l’ACV prospective.Concrètement, la thèse propose une modélisation dynamique du fonctionnement du système électrique dans un cadre « type » affranchi des aléas climatiques et économiques. Le modèle sert de base au développement de méthodes d’évaluation originales des impacts de l’électricité : une méthode dynamique moyenne et une méthode marginale. Ces méthodes améliorent la précision d’une étude d’analyse de cycle de vie, quel que soit l’objectif (certification ou écoconception) et l’approche méthodologique associée (attributionnelle ou conséquentielle-projet).La thèse propose ensuite l’intégration de scénarios prospectifs adaptés à l’étude des bâtiments et des quartiers. Celle-ci associe les recherches en prospective énergétique menées à l’échelle nationale et les recherches concernant l’impact du changement climatique sur le comportement thermique des bâtiments. Les effets conjoints de ces deux déterminants sont évalués au sein d’une approche originale et intégrée.La thèse explore également la question du changement d’échelle du bâtiment vers le quartier. Les cas du transport des occupants et du traitement des déchets sont analysés au prisme de l’approche « conséquentielle-projet ». Une méthodologie de couplage des outils de simulation transport au niveau local et de l’ACV est notamment proposée. Elle constitue un premier pas vers un couplage interdisciplinaire des outils d’analyse des projets urbains.Les différents développements méthodologiques sont finalement appliqués à une étude de cas afin d’analyser et d’interpréter l’effet des nouvelles approches sur l’aide à la décision fournie par les outils d’écoconception.

  • Titre traduit

    Consequential life cycle assessment applied to buildings


  • Résumé

    Environmental impacts induced by urban projects concern various topics (resources, health, biodiversity). Some are indirect impacts (for instance radioactive waste generated by electricity consumption). This calls for a holistic and multicriteria approach such as Life-Cycle-Analysis (LCA) in order to evaluate environmental performance of construction or retrofitting projects. Considering cradle to grave impacts this method is used at different project phases: program objectives, design aid, management strategies evaluation, retrofitting project, dismantling, and waste management.The thesis lies in the framework of life-cycle analysis applied to urban project design, from individual houses up to multifunctional neighborhoods. The underlying objective is to improve relevance and accuracy of the decision aid provided by LCA-based design tools.Three interacting topics have been investigated:- Consequential assessment: How can the results of current research on consequential LCA be implemented in Building LCA?- Dynamic: How to integrate dynamic interaction between buildings and the background system, mainly the electricity grid?- Prospective: How to take into account the long life span of buildings and urban districts?The dissertation firstly suggests a new framework for evaluating construction or retrofitting project, grounded in consequential LCA. The practical application of this consequential-project approach requires knowledge generation on dynamic and prospective LCA.A dynamic model of the electricity system has been developed. From this model, a reference operation year of the electricity system has been determined, mitigating climatic and economical hazards of real years. Based on this model, a dynamic average approach and a marginal approach are defined to assess life-cycle impacts of electricity consumption. These developments improve the accuracy of LCA independently of the chosen modeling approach, consequential or attributional.The prospective dimension is explored, through scenarios development. The suggested scenarios bring together national energy prospective research and global warming effects on buildings thermal behavior. The combined effects are evaluated using a novel and integrated approach.The thesis then addresses the scale issue when moving from building to district projects. Following the consequential-project approach principles, the focus is made on integrating daily transport and domestic waste models in LCA of urban projects. A method to combine local transport simulation models and building LCA is suggested. It establishes a first step towards integrated multidisciplinary assessment of urban projects.The developed approaches and methodologies are finally tested on a case study.


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