Analyse de mix électriques pour la détermination d'inventaires électricité pour ACV conséquentielle

par Anne-Sophie Herbert

Thèse de doctorat en Génie des Procédés et de l'Environnement

Sous la direction de Catherine Azzaro-Pantel et de Denis Le Boulch.

Le président du jury était Stéphan Astier.

Le jury était composé de Catherine Azzaro-Pantel, Denis Le Boulch, Stéphan Astier, Valérie Laforest, Lingai Luo, Philippe Osset.

Les rapporteurs étaient Valérie Laforest, Lingai Luo.


  • Résumé

    La lutte contre le changement climatique implique de modifier les modes de production et de consommation actuels pour réduire de façon drastique les émissions de gaz à effet de serre dont la grande majorité est liée à la combustion d’énergies fossiles. Face à ces enjeux, de nombreux pays se sont engagés dans une transition énergétique pour faire évoluer leur système énergétique, notamment électrique de façon à répondre en partie aux exigences d’une économie bas carbone. Pour guider les acteurs dans leurs choix stratégiques, des outils d’aide à la décision s’avèrent efficaces pour identifier les leviers potentiels de réduction des impacts environnementaux, notamment par la méthode d’Analyse du Cycle de Vie (ACV) qui évalue les impacts d’un produit sur tout son cycle de vie. L’un de ses développements, l’ACV conséquentielle, vise à analyser les impacts d’un changement, et prend donc en compte ses effets directs et indirects sur l’environnement. Cette méthode reste encore peu utilisée par les praticiens en raison du manque d’inventaires génériques pour ACV conséquentielle. Ce constat est d’autant plus marquant pour l’électricité, largement utilisée dans la technosphère, dont la production évolue significativement pour s’engager dans la transition énergétique. Les travaux présentés ici visent à proposer une méthode d’élaboration d’inventaires électricité génériques pour ACV conséquentielle, qui intègrent les spécificités techniques du produit électricité, à travers le bouquet énergétique ou mix qui combine les différents moyens de production, variables selon le pays considéré. Afin de parvenir à simplifier les mix de production d’électricité, une typologie est établie à partir de l’étude des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES), des mix et de leur décomposition en moyens de production. Elle identifie 4 groupes de pays, classés par émissions GES croissantes, i.e., 0-37 gCO2eq/kWh, 37-300 gCO2eq/kWh, 300-600 gCO2eq/kWh et >600gCO2eq/kWh, et qui possèdent des caractéristiques de composition spécifiques. Afin de se positionner dans une perspective conséquentielle, l’évolution de douze mix électriques de 1960 à 2010 est analysée. L’analyse historique des phénomènes de transition, c’est-à-dire le passage d’un groupe à un autre de la typologie, est ensuite proposée. Un modèle basé sur une optimisation mono-objectif impliquant, dans un premier temps, un critère de minimisation des émissions GES, et puis dans un second temps, un critère de maximisation de la production d’origine renouvelable est développé. Les résultats sont discutés sur la base des données historiques. La méthode développée reste cependant suffisamment générique pour s’appliquer à des évolutions futures de mix. Enfin, une méthode d’élaboration des inventaires génériques est proposée. Prenant en compte les différentes situations auxquelles le praticien pourrait être confronté lors de la réalisation d’une ACV conséquentielle d’un produit, elle rend possible l’élaboration des inventaires électricité génériques pour ACV conséquentielle. L’établissement de données génériques quantifiées nécessiterait l’intégration d’un critère qualitatif d’inertie au changement et la validation de plusieurs cas d’étude à travers une étude statistique pour consolider les résultats

  • Titre traduit

    Electricity production mix analysis to determine electricity inventories for consequential LCA


  • Résumé

    Climate change mitigation involves changes in production and consumption ways to boost a radical decrease in Greenhouse Gases (GHG) emissions, which come mostly from fossil fuels combustion. To meet these challenges, a lot of countries initiated an energy transition to switch to new energy system, especially concerning electricity production, in such a way that they partly fulfil low carbon economy requirements. To provide decision-makers guidance in their strategic choices, decision-aid tools are useful to identify and reduce environmental impacts burdens. In particular, Life Cycle Assessment (LCA) which assesses environmental impacts throughout a product's life cycle is now a recognized and standard approach. Consequential LCA (cLCA), one of its most recent developments, assesses changes consequences considering either direct or indirect effects on environment. Currently, due to the lack of generic consequential Life Cycle Inventories (LCI), cLCA is scarcely used by practicioners. This situation is emphasized for electricity, due to its large involvement in technosphere and its shifts to production modes in the context of energy transition. This work aims at the development of a design methodology for generic inventories for consequential LCA, taking in account electricity technical specificities. Electricity is defined here as a different production means combination (a “mix”) which varies from country to country. To simplify electricity production mix, a typology is set using a GHG emissions study and electricity mix separation in production means. The typology identifies four groups, ranked by increasing GHG emissions, i.e, 0-37 gCO2eq/kWh, 37-300 gCO2eq/kWh, 300-600 gCO2eq/kWh and >600 gCO2eq/kWh, and specific compositions. Considering a consequential perspective, an evolution analysis of twelve selected countries from 1960 to 2010 is then conducted. Thus, an analysis of past transitions, i.e., shifting from a group to another, is given. Amono-objective optimisation model is developed, involving, first, the minimisation of GHG emissions, and secondly, the maximisation of renewable sources contribution. Significant results are then discussed based on historical data. The model is yet generic enough and can be applied to future mixes. Finally, a generic inventory development method for consequential LCA is proposed. Taking into account the different situations that practitioners may potentially meet when performing a consequential LCA of a product, the method makes generic inventory development for consequential LCA possible. The establishment of generic data would yet require the addition of a qualitative inertia-tochange criteria and the validation of various cases using a statistical analysis to strengthen the obtained results.


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