Dernière mise à jour le : 6 mars 2015

Optimisation fonctionnelle et spatiale de scénarios de méthanisation centralisée selon une approche systémique territoriale couplée à l’analyse du cycle de vie

DESCRIPTION

En France, le développement rapide de la méthanisation, procédé de production d’énergie renouvelable par dégradation de résidus organiques, soulève la question de la pertinence environnementale de la filière. Cette dernière mérite d’autant plus d’être évaluée que le développement de la filière est inscrit dans les plans nationaux relatifs aux enjeux climatique et énergétique. La méthanisation centralisée s’insère d’ailleurs de manière profitable dans diverses démarches d’écologie industrielle et territoriale (EIT), au sein desquelles la multifonctionnalité du procédé constitue un atout substantiel en faveur du bouclage des flux de matière et d’énergie. Cette multifonctionnalité représente néanmoins la principale source de difficultés méthodologiques rencontrées lors de l’évaluation des performances environnementales de systèmes de méthanisation. Sa résolution, à savoir la définition de la fonction principale d’un système, passe par la contextualisation de la méthode. Pour l’analyse du cycle de vie (ACV), outil normé prédominant, cette contextualisation se révèle pertinente dès la première étape de la méthodologie, lors de la définition du système. Ce travail de thèse propose un cadre conceptuel visant à définir des scénarios de méthanisation contraints par leur territoire d’implantation. Pour cela, une approche systémique territoriale, impliquant les systèmes d’information géographique (SIG) et la modélisation orientée objet, a été développée, justifiée par le caractère complexe inhérent à tout système de méthanisation centralisée. Elle résulte en un modèle spatial de l’insertion territoriale d’une filière de méthanisation centralisée, qui intègre l’ensemble de ses éléments constitutifs, réseaux ou variables (ressources organiques, consommateurs d’énergie, réseau routier, qualité des eaux, etc.). A l’issue de l’approche systémique a lieu une phase d’optimisation fonctionnelle et spatiale qui met en jeu trois séries successives d’indicateurs, permettant de définir : (i) la fonction principale que remplirait un système de méthanisation au sein du territoire étudié, (ii) les configurations possibles d’un système de méthanisation qui puissent satisfaire à cette fonction principale et (iii) les zones préférentielles d’implantation des scénarios élaborés. Cette méthodologie, conçue de manière à être transposable à tout territoire français, s’intègre aux deux premières étapes de l’ACV, à savoir la définition des objectifs et l’inventaire du cycle de vie. L’étape suivante est alors la quantification classique puis l’interprétation des impacts environnementaux potentiels imputables aux scénarios générés. Afin de valider l’applicabilité de la méthode développée, deux territoires, comparables en termes d’emprise et de compétences mais contrastés en termes de contraintes naturelles et d’activités économiques dominantes, ont été soumis à l’approche systémique territoriale. Ces cas d’étude ont mis en évidence les liens entre spécificités territoriales et conception de la filière. L’influence de la fonction principale retenue pour un système de méthanisation sur la réalisation et les résultats de l’ACV a par ailleurs été étudiée pour l’un de ces territoires. Les différences les plus notoires tiennent aux substitutions et montrent l’importance de développer la méthanisation en priorité lorsque le contexte local permet aux fonctions multiples de la filière de remplacer des filières existantes dont les impacts sur l’environnement sont particulièrement préjudiciables.

In France, the rapid development of anaerobic digestion (a process used to generate renewable energy by breaking down organic residues) has led to the environmental relevance of this solution being questioned. It is particularly worthwhile evaluating inasmuch as development of the sector forms part of national plans relating to climate and energy issues. Centralised anaerobic digestion also fits in profitably with various industrial ecology approaches, with the multifunctionality of the process constituting a substantial asset in that it favours circular flows of materials and energy. However, this multifunctionality also represents the main source of the methodological difficulties encountered in the evaluation of the environmental performance of anaerobic digestion systems. Resolving this, i.e. defining the main function of a system, requires the environmental evaluation method to be contextualised. For life cycle assessment (LCA), the predominant standardised tool, this contextualisation emerges as being appropriate to the first stage of the methodology, when the system is defined. This thesis puts forward a conceptual framework, aimed at defining anaerobic digestion scenarios that are consistent with the particularities of the territory in which they are located. To do this, a territorial systemic approach, involving geographic information systems (GIS) and object-oriented modelling, was developed. This was required due to the inherently complex nature of any centralised anaerobic digestion system. The approach has resulted in a spatial model for territorial location of a centralised anaerobic digestion solution, incorporating all its component parts, networks and variables (organic resources, energy users, the road network, water quality, etc.). The systemic approach was followed by a phase of functional and spatial optimisation involving three successive sets of indicators, enabling the following to be defined: (i) the main function to be played by an anaerobic digestion system within the territory studied, (ii) the possible configurations of an anaerobic digestion system capable of fulfilling this main function and (iii) the preferential zones for locating the scenarios envisaged. This methodology, designed to be transposable to any territory within France, forms part of the first two LCA stages, i.e. definition of objectives and life cycle inventory. The subsequent stage involves conventional quantification and interpretation of the potential environmental impacts resulting from the scenarios produced. In order to validate the applicability of the method developed, the territorial systemic approach was applied to two territories that were comparable in terms of surface area and competencies but different in terms of natural constraints and dominant economic activities. These case studies highlight the links between specific territorial characteristics and the design of the local solution. The influence of the main function selected for an anaerobic digestion system on the performance and results of the LCA was also studied for one of these territories. The most noteworthy differences relate to substitution, highlighting the importance of developing anaerobic digestion as a priority when the local context makes it possible for the multiple functions of the solution to replace existing sectors with particularly harmful effects on the environment.

NOTICE BIBLIOGRAPHIQUE DETAILLÉE

keyboard_arrow_right Titre : Optimisation fonctionnelle et spatiale de scénarios de méthanisation centralisée selon une approche systémique territoriale couplée à l’analyse du cycle de vie
keyboard_arrow_right Type de documentation : Thèse / Mémoire
keyboard_arrow_right Auteur(s) personne(s) : Laurent, Faustine , Béline Fabrice
keyboard_arrow_right Auteur(s) organisme(s) : unité de recherche Gestion environnementale et traitement biologique des déchets
keyboard_arrow_right Date de publication : 6 mars 2015
keyboard_arrow_right Nombre de pages : 316p
keyboard_arrow_right Editeur(s) : Université Rennes 1
keyboard_arrow_right Tags thématiques : évaluation environnementale, système d'information géographique, cycle de la vie, méthanisation
keyboard_arrow_right Langue : Français
keyboard_arrow_right N° d'édition (ISBN,DOI...) : tel-01200773
keyboard_arrow_right Collection : Ecole doctorale Sciences de la matière
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