Développement d’un outil intégré pour la Modélisation de Procédés et l’Analyse de Cycle de Vie : Ecoconception d’usines de procédés et application à la production d’eau potable

Development of an integrated tool for Process Modelling and Life Cycle Assessment : Ecodesign of process plants and application to drinking water treatment

• Auteur / Autrice : Yoann Mery
• Direction : Ligia Tiruta-Barna
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 14/12/2012
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'ingénierie des systèmes biologiques et des procédés (Toulouse)
• Jury : Président / Présidente : Veronique Bellon-Maurel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ligia Barna, Isabelle Baudin, Enrico Benetto, Hugues Vanden bossche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Veronique Bellon-Maurel, Guido Sonnemann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Commande de processus chimiques

Décision multicritère

Logiciels

Systèmes d'aide à la décision

Sensibilité, Théorie de la (mathématiques)

Écoconception

Analyse du cycle de vie

Eau potable -- Épuration

Mots clés libres

Modélisation de procédés

Analyse de Cycle de Vie

ACV

Outil d’écoconception

Analyse de sensibilité

Aide à la décision

Production d’eau potable

Process modelling

Life Cycle Assessment

LCA

Ecodesign tool

Sensitivity analysis

Decisionmaking support

Drinking water treatment

Résumé

Des outils adaptés pour s’attaquer aux problématiques environnementales sont nécessaires mais malheureusement absents de l’industrie. En effet, l’introduction de nouvelles pratiques d’écoconception dans l’industrie des procédés est entravée par le manque de réalisme et de flexibilité des outils associés. Les objectifs principaux de ce travail de recherche étaient le développement d’un outil intégré pour la modélisation de procédés et l’analyse de cycle de vie (PM-LCA), ainsi que la formulation d’une approche méthodologique affiliée pour l’écoconception de procédés. L’outil logiciel et l’approche méthodologique sont appliqués à la production d’eau potable.La revue de la littérature scientifique a permis d’appréhender les efforts de recherche nécessaires. Les principales lignes directrices sont établies en conséquence.L’outil développé, nommé EVALEAU, consiste en une bibliothèque logicielle de modèles de procédés unitaires permettant le calcul d’inventaire de données en fonction de paramètres de procédés. L’outil est embarqué dans le logiciel ACV Umberto® en complément de la base de données Ecoinvent. Uneboîte à outils pour l’analyse de sensibilité, basée sur la méthode de Morris, est implémentée pour l’identification des paramètres de procédés ayant une influence majeure sur les résultats d’impacts environnementaux.L’outil EVALEAU est testé sur deux études de cas - deux usines de production d’eau potable existantes. La fiabilité de l’approche est démontrée à travers la comparaison des calculs de qualité de l’eau, de consommations d’énergie et de matériaux avec les données réelles recueillies sur site. Une procédure d’écoconception est expérimentée sur une chaîne de traitement complexe démontrant ainsi la pertinence des résultats de simulations et l’utilité de l’analyse de sensibilité pour un choix optimal des paramètres opératoires. En conséquence, ce premier outil PM-LCA est censé promouvoir l’introduction de pratiques d’écoconception dans l’industrie de l’eau

Adapted tools for tackling environmental issues are necessary but they are still missing in industry. Indeed, the introduction of ecodesign practices in the process industry is hindered by the lack of realism and flexibility of related tools.The main objectives of this research work were the development of a fully integrated tool for Process Modelling & Life Cycle Assessment (PM-LCA), and the formulation of an affiliated methodological approach for process ecodesign. The software tool and the methodological approach are meant to be applied to water treatment technologies.The literature review leads to a better comprehension of the required research efforts. The main guidelines for the development of the software tool are stated accordingly.The developed tool, named EVALEAU, consists in a library of unit process models allowing life cycleinventory calculation in function of process parameters. The tool is embedded in Umberto® LCA software and is complementary to Ecoinvent database. A sensitivity analysis toolbox, based on theMorris method, was included for the identification of the process parameters mainly affecting the lifecycle impact assessment results.EVALEAU tool was tested through two case studies - two existing drinking water plants. There liability of the modelling approach was demonstrated through water quality simulation, energy and materials inventory simulation, compared with site real data. An ecodesign procedure was experienced on a complex water treatment chain, demonstrating the relevance of simulation results and the usefulness of sensitivity analysis for an optimal choice of operation parameters.This first developed PM-LCA tool is dedicated to foster the introduction of ecodesign practices in the water industry