Faisabilité de transcription d'un scénario de neutralité carbone en modèle d'analyse du cycle de vie : défis méthodologiques et cas d'étude

Feasibility of translating carbon neutrality scenario into Life Cycle Assessment models : methodological challenges and case study

• Auteur / Autrice : Fanny Caiardi
• Direction : Catherine Azzaro-Pantel, Denis Le Boulch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance le 03/04/2025
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Peggy Zwolinski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Azzaro-Pantel, Denis Le Boulch, Lynda Aissani, Ligia Tiruta-Barna, Marie Bonnin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lynda Aissani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dioxyde de carbone atmosphérique

Compensation carbone

Analyse du cycle de vie

Mots clés libres

Neutralité environmentale

Analyse du Cycle de Vie

Neutralité Carbone

Environmental neutrality

Life Cycle Assessment

Carbon neutrality

Résumé

Les scénarios nationaux de neutralité carbone constituent des outils essentiels pour traduire l’objectif de neutralité carbone en trajectoires d’action. Ils envisagent des transformations profondes et interconnectées de l’ensemble des secteurs économiques afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES). Cependant, en adoptant une méthode de calcul des émissions de GES territoriales, ces scénarios manquent d’une approche systémique et multicritère, intégrant l’ensemble du cycle de vie des activités, et l’ensemble des catégories d’impacts environnementaux.Dans ce cadre, l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) se présente comme une méthode d’évaluation pertinente pour étudier ces scénarios, grâce à sa capacité à intégrer à la fois la perspective cycle de vie et une approche multicritère. L’objectif de cette thèse est d’évaluer la faisabilité de la transcription d’un scénario national de neutralité carbone en modélisation ACV, en prenant pour cas d’étude la Stratégie Nationale Bas Carbone (SNBC) de la France.L'état de l'art met en évidence l'absence d'études portant sur la modélisation ACV multisectorielle de scénarios nationaux de neutralité carbone. Toutefois, il identifie des éléments méthodologiques issus des études sur les scénarios de transition énergétique, qui servent de base pour structurer l’approche développée.Une méthodologie est proposée pour traiter les défis méthodologiques identifiés dans le cadre du cas d’étude, en suivant les quatre phases classiques de l'ACV. Cette méthodologie s'articule autour de plusieurs axes principaux : (i) adaptation de l’unité fonctionnelle et du périmètre, pour tenir compte de la nature intersectorielle et territoriale du scénario ; (ii) ajustement des données d’inventaire, en harmonisant la granularité des données du scénario avec celle des processus ACV ; (iii) gestion des risques de double comptage, en réponse à l’approche intersectorielle du scénario ; (iv) et enfin, modélisation des nouvelles technologies de décarbonation, en construisant un inventaire prospectif adapté. Ces étapes ont permis de démontrer la faisabilité de transcription du scénario en un modèle ACV prospectif, paramétré et exploitable.L’exploitation du modèle a permis d’étudier les résultats des indicateurs de seize catégories d’impacts environnementaux et d’en déduire les principales activités contributrices à ces indicateurs. Une analyse de sensibilité a été mise en œuvre pour étudier la robustesse des conclusions du modèle. L’application du modèle démontre la pertinence de l’approche ACV pour analyser les scénarios de neutralité carbone, en mettant en évidence des transferts d’impacts environnementaux potentiels et en identifiant des activités génératrices d’impacts non prises en compte dans la comptabilité territoriale des émissions de GES.Une analyse de sensibilité a également été menée afin d’évaluer l’influence des hypothèses sur les résultats et tester la robustesse du modèle.Cependant, cette transcription reste un exercice complexe, nécessitant un travail d’inventaire détaillé. Son amélioration passe notamment par l’enrichissement des bases de données ACV avec des processus prospectifs et par l’automatisation des méthodes de gestion du double comptage.

National carbon neutrality scenarios are essential tools for translating the objective of carbon neutrality into concrete action plans. They project deep, interconnected transformations across all economic sectors to reduce greenhouse gas (GHG) emissions. However, by relying on territorial GHG emissions accounting, these scenarios fall short of offering a systemic, multi-criteria approach that covers the full life cycle of activities and all categories of environmental impacts.In this context, Life Cycle Assessment (LCA) emerges as a relevant method for evaluating these scenarios, thanks to its ability to incorporate both a life cycle perspective and a multi-criteria approach. The aim of this thesis is to investigate the feasibility of translating a national carbon neutrality scenario into LCA model, using France’s National Low-Carbon Strategy (SNBC) as a case study.The state of the art highlights the lack of studies on multi-sectoral LCA modelling of national carbon neutrality scenarios. However, it identifies methodological elements from studies on energy transition scenarios, which serve as a foundation for structuring the developed approach.A methodology is proposed to address the methodological challenges identified in the case study, following the four classical LCA phases. This methodology is structured around several key aspects:(i) Adapting the functional unit and system boundaries to account for the intersectoral and territorial nature of the scenario; (ii) Adjusting inventory data by harmonizing the data granularity of the scenario with that of LCA processes; (iii) Managing the risks of double counting, given the scenario's intersectoral approach; (iv) Modelling new decarbonization technologies by building a tailored prospective inventory.These steps have demonstrated the feasibility of transcribing the scenario into a parametric and operational prospective LCA model.The model's application enabled the assessment of sixteen environmental impact categories, identifying the main activities contributing to these indicators. A sensitivity analysis was conducted to examine the robustness of the model's conclusions. Applying the model highlights the relevance of the LCA approach for analysing carbon neutrality scenarios by revealing potential environmental impact shifts and identifying impact-generating activities that are not accounted for in territorial GHG emissions inventories.However, this transcription remains a complex exercise, requiring detailed inventory work. Improvements rely on enhancing LCA databases with prospective processes and automating double-counting management methods.