Inventaire du cycle de vie

Question 1

Objectif de la phase du calcul d’inventaire

Answer 1

Quantifier les émissions de GES émises et l’énergie consommée par le système de produits (sur le cycle de vie).
Extraction

CO2/unité fonctionnelle

Question 2

Exemple: production d’électricité- centrale thermique

Answer 2

OBJECTIF DE L’ÉTUDE Une centrale thermique veut connaître les émissions de CO2
associées au cycle de vie de l’électricité qu’elle produit.

ressources, CO2, autres rejets

production de mazout, production d’électricité

Question 3

Définition simplifiée du champ de l’étude

Answer 3

Fonction : produire de l’électricité
 Unité fonctionnelle : fournir 100 kWh d’électricité au réseau
 Restriction du champ d’étude : on ne s’intéresse qu’au CO ₂

Question 4

Les quatre étapes du calcul d’inventaire

Answer 4

Étape 0 : champ d’étude, frontières système et arbre de procédé conceptuel (sans quantités)
1. Quantification des flux pour chaque processus élémentaire
(données autonomes);
2. Mise à l’échelle de chaque processus élémentaire par rapport
au flux de référence (inventaire de production);
3. Calcul des bilans de CO2 pour chaque processus élémentaire; 4. Total du CO2 émis par le système de produit complet

Question 5

1. Quantification des flux pour chaque processus élémentaire

Answer 5

image

Question 6

Vocabulaires: coefficients techniques

Answer 6

Pour un processus élémentaire j :
a
ij
= Quantité a de flux économique de type i associée au
processus élémentaire j
b
kj = Quantité b de flux élémentaire de type k associée au
processus élémentaire j
a
1j
b
b
1j
Processus 2j
élémentaire j
a
2j
Les variables a
et b
sont appelées les coefficients techniques.
ij
ij

Question 7

Convention des signes

Answer 7

Convention:
+ pour sortants

• pour entrants

Question 8

Étape 1 de l’inventaire

Answer 8

L’étape 1 est donc la recherche de données quantitatives sur les coefficients techniques (ex. : a ,a
et b
pour le PÉ1),
1
2
1
puis on normalise par rapport à l’unité fonctionnelle.

Question 9

Collecte de données

Answer 9

Souvent l’étape la plus compliquée : où trouvons- nous les données nécessaires ?
Sources de données :
 Mesures directes
 Calculs (voir 4e cours sur les bilans de GES)
ex. facteurs d’émissions, stoechiométrie, etc.
 Littérature
 Statistiques nationales ou sectorielles
 Bases de données d’inventaires

Question 10

Basses de données d’inventaire

Answer 10

Plusieurs centres de recherche, agences
gouvernementales, associations
commerciales ou consultants ont développé
des bases de données comprenant les
coefficients techniques d’une multitude de
processus élémentaires.
 Ces données quantifient les entrants et sortants des processus élémentaires :
 Flux économiques
 Flux élémentaires

Question 11

Base de données d’inventaire ecoinvent

Answer 11

La plus imposante base de données
d’inventaire est la base de données
ecoinvent, compilée par le Swiss Centre for
Life Cycle Inventories.
 Elle contient des données sur plusieurs
milliers de matériaux, services et procédés.
 Transparence

Question 12

Quantification du PE1: production d’électricité

Answer 12

La centrale veut de l’information concernant la performance
environnementale de ses opérations.
 Il faut donc prioriser des données mesurées sur le site même
afin d’être spécifique.
 Somme sur 3 ans d’opération pour être représentatif.
Exercice : déterminez les flux économiques et de CO2

Question 13

Quantification du PE2: production de mazout

Answer 13

La centrale achète son mazout sur un marché mondial.
 Le mazout vient donc de plusieurs fournisseurs.
 Il faudra prioriser de l’information moyenne représentant un
producteur de mazout typique.
 Une donnée moyenne est disponible dans la base de données
ecoinvent
 La donnée représente les émissions moyennes des producteurs de
mazout européens.

Question 14

Bases de données: de petites ACV

Answer 14

La donnée ecoinvent de production du mazout est une
donnée agrégée (berceau à la barrière ou « cradle to
gate »)

Question 15

Étape 1de l’inventaire: résultat

Answer 15

Nous nous retrouvons avec des données pour chacun des processus élémentaires du système de produits.
 Ces données sont indépendantes.
 Note : c’est normalement cette phase-ci d’une ACV qui
demande le plus de temps et de ressources.

Question 16

2. Mise à l’échelle de l’unité fonctionnelle

Answer 16

On recherche les facteurs de mise à l’échelle si pour
chaque processus élémentaire i.
 Les facteurs de mise à l’échelle représentent la
quantité de chacun des processus élémentaires
nécessaire à la réalisation de l’unité fonctionnelle.
 Le but c’est que, une fois les processus mis à
l’échelle, on ait un équilibre entre l’offre et la
demande de chaque commodité (flux économiques)
pour l’ensemble le l’arbre de procédés.

Question 17

Facteurs de mise à l’échelle - Méthode séquentielle

Answer 17

L’unité fonctionnelle est 100 kWh d’électricité
 On identifie le processus élémentaire qui fournit la fonction (PÉ1)
 On multiplie la donnée autonome par un facteur de mise à
l’échelle (s1) pour retrouver notre 100 kWh

Question 18

Mise à l’échelle: résultat

Answer 18

Tous les processus d’un système de produits doivent
être mis à l’échelle de cette façon.
 Dans l’exemple, nous avions seulement deux
processus élémentaires, nous avons donc terminé.
S1= 100

S2= 24

Question 19

3. Calcul des flux élémentaires par processus

Answer 19

Pour chacun des processus élémentaires, nous
connaissons :
 la quantité de CO2 émise par unité de production
(données autonomes de l’étape 1)
 la production totale de chaque processus élémentaire
(processus mis à l’échelle de l’étape 2)
 Nous pouvons donc calculer la quantité réelle de
CO2 émise par chacun des processus
élémentaires, pour l’unité fonctionnelle.

Question 20

Étape 3 de l’inventaire: résultat

Answer 20

prod électricité: 77 kg CO2

prod mazout: 10,6 kg CO2

Question 21

4. Somme des flux élémentaires

Answer 21

Rappel : ce qui nous intéresse dans un inventaire du cycle de
vie, ce sont les émissions du système de produits entier par
unité fonctionnelle

Question 22

Analyse de contribution

Answer 22

Pour faciliter l’interprétation des résultats, on
peut effectuer une analyse de contribution

Question 23

Boucle de rétroaction- exemple de la centrale

Answer 23

Du calcul précédent, nous voyons que 0,18 kWh d’électricité supplémentaire est nécessaire.

Question 24

On s’arrête quand?

Answer 24

… et ainsi de suite, toujours pour fournir 100 kWh à la demande finale
 Puisque les deux processus s’appellent l’un l’autre, le calcul ne finira
jamais !
 Par contre, il finira par converger :

La convergence est rapide pour un système à deux processus élémentaires.
 Un système plus complexe, avec plusieurs boucles de rétroaction, serait
plus compliqué…

Question 25

Étape 3 de l'inventaire: résultat

Answer 25

production électricité 80,48 kg CO2 production mazout 11,03 kg CO2

Question 26

Approche matricielle

Answer 26

L’approche « séquentielle » en quatre étapes est pratique pour comprendre le principe d’inventaire du cycle de vie.  En pratique, c’est une procédure très lourde, surtout quand on considère qu’on a en principe des centaines de processus élémentaires.  Une approche « matricielle » peut être préférable (méthode couramment utilisée dans les logiciels).  On la voit ici succinctement. Elle est décrite plus en détail dans les notes de cours.

Question 27

Systèmes d'équations linéaires à 2 inconnus

Answer 27

Inconnus : La mise à échelle des procédés 1 et 2  Équations : Équilibres des marchés, i.e., l’équilibre entre l’offre et la demande pour l’électricité et pour le mazout

Question 28

Approche matricielle - principe

Answer 28

Le point de départ est un bilan de flux économiques (pour chaque type de flux économique) : la consommation de i doit égaler sa production a +a i1 s 1 i2 s 2 +. . .+a in s n =f i ai1 = Flux économique de s1=facteur de fi=quantité nette du type i produit/utilisé par le mise à l’échelle flux économique processus élémentaire 1, du processus de type i fournie non mis à l’échelle élémentaire 1 par le système de produit Signification de fi : c’est la quantité du flux économique de type i, qui « sort » du système de produit, appelée la « demande externe ». Pour tous les flux économiques qui ne sont pas spécifiés par l’unité fonctionnelle, la demande externe est égale à 0.

Question 29

inventaire comme système d'équations linéaires

Answer 29

Pour résoudre l’inventaire, il faut rassembler en un système d’équations linéaires les bilans pour chacun des flux économiques du système de produit. a a s  11 s  12 2 ...  s n  f 1 1 n 1 a  ... s 21 s a  Une équation 22 s 2  a n n f 1 2 2 par type de flux ... économique a 1 s  a  m 2 s ...  s f m 1 2 m Un inconnu par processus élémentaire Les méthodes de résolution de systèmes d’équations linéaires ont été étudiées dans les cours de mathématiques (Gauss-Jordan, inversion…). GCH1220 – Conception environnementale et cycle de vie a  a  mn n

Question 30

Système d'équations linéaires- exemple

Answer 30

Reprenons l’exemple de la centrale électrique (avec boucle de rétroaction) : PÉ2 : Production de mazout CO2  Il y a deux types de flux Mazout économiques : l’électricité et le mazout PÉ1 : Production d’électricité CO2  Il y a une demande externe seulement pour l’électricité Électricité  Tout le mazout produit par le PÉ2 100 kWh Électricité est utilisé par le PÉ1 ( électricit é ; i  1 ) a 1  a s  kWh 11 s 12 2 100 ( mazout ; i  2 ) a s  a s  0 kg 21 1 22 2 PÉ1 PÉ2 Les coefficients sont connus pour chacun des processus élémentaires 0,24 kg Mazout a = 1 kWh 0, .18 kWh Électricité 11 PÉ1 : Production a = -0,18 kWh d’électricité 12 a = -0,24 kg 21 1 kWh Électricité a = 1 kg 1 kg Mazout 22 ( électricit é ; i  1 ) 1 s 1  0 , 18 s kWh ( mazout ; i  2 )  0 , 24 s  0 1 1 s kg PÉ1 PÉ2 GCH1220 – Conception environnementale et cycle de vie PÉ2 : Production de mazout  100 2  2 Le système d’équations linéaires est donc : ( électricit é ; i  1 ) 1 s 1  0 , 18 s 2  100 kWh ( mazout ; i  2 )  0 , 24 s   1 1 s 2 0 kg Pour solutionner :  1  0 , 18   s   100 1    24      0 , 1   s   2   0  ou As  f avec A : Matrice technologique s = vecteur de mise à l’échelle f = vecteur de demande finale

Question 31

Étape 3 de l'inventaire: résultat

Answer 31

prod électricité : 80,48 kg CO2 prod mazout: 11,03 kg CO2

Question 31

Système d'équations linéaires- exemple

Answer 31

La solution : As = f s= A− 1f A =[ 1 −0, 18 La matrice A doit respecter certaines −0, 24 1 ] conditions pour être inversible A−1=[1, 05 0 , 19 0 , 25 1 , 05 ] A−1 f=[1 ,05 0 ,19 0 , 25 1 , 05 ][100 0 ]=[104 ,5151 25 , 0836 ] Nous retrouvons donc : facteurs que nous avons s trouvés avec la méthode séquentielle. GCH1220 – Conception environnementale et cycle de vie [s1 2 ]=[104 ,5151 25 , 0836 ] …qui sont proches des