Développement méthodologique et application du concept de l'empreinte eau en ACV

L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) est une méthodologie qui quantifie les impacts environnementaux potentiels à des fins comparatives dans un contexte de prise de décision. Alors que les impacts environnementaux potentiels liés aux émissions de polluants à l'eau sont déjà caractérisés en ACV, les impacts potentiels d'une utilisation et d'une subséquente baisse de disponibilité d'eau ne sont pas encore complètement quantifiés. En effet, alors qu'une utilisation d'eau peut rendre la ressource non disponible par un déplacement (incluant évaporation) ou une baisse de la qualité, cette dernière n'est pas considérée dans les modèles existants. Une baisse de disponibilité d'eau pour les usagers humains peut potentiellement affecter la santé humaine si les usagers ne peuvent pas s'adapter pour subvenir à leurs besoins. Les impacts sur la santé humaine ont lieu selon deux chaînes cause-à-effet : les maladies liées à l'eau, lorsque les usagers domestiques subissent la baisse de disponibilité, et/ou la malnutrition, lorsque la baisse affecte les usagers qui produisent de la nourriture (manque d'eau pour l'irrigation ou les pêches/aquaculture). Cette thèse remplit donc les cinq objectifs principaux suivants: 1) fournir une méthode d'inventaire et 2) d'évaluation des impacts pour quantifier ces dommages sur la santé humaine dans un cadre ACV, 3) effectuer une comparaison du modèle avec les modèles existants, 4) fournir une application sur une étude de cas et 5) évaluer le modèle et quantifier l'incertitude. Modèle d'inventaire Pour quantifier la baisse de disponibilité de l'eau due à la dégradation, la qualité de l'eau entrante et sortante doit être captée par les flux d'inventaire. Dans le cadre de ce projet, une méthode d'inventaire est établie permettant de catégoriser la qualité de l'eau afin de pouvoir quantifier un changement de celle-ci et le changement de fonctionnalité correspondant. La fonctionnalité est définie par les différents usagers humains qui peuvent l'utiliser sans risques et sans traitements supplémentaires. Des catégories d'eau qui considèrent la qualité de l'eau sont d'abord définies par la source d'eau (surface, souterraine ou eau de pluie), des paramètres qualités et les utilisateurs pour qui chaque catégorie est fonctionnelle. Les besoins des utilisateurs sont identifiés par une liste de paramètres bio et physico-chimique et les seuils maximaux possibles par contaminant pour chaque utilisateur. Ces seuils sont basés sur des normes internationales, recommandations et normes industrielles. Sur la base de la qualité et des sources d'eau, dix-sept catégories sont crées en regroupant les besoins des utilisateurs selon le niveau de contamination toxique ou microbienne que l'utilisateur peut tolérer (faible, moyen et élevé). Le processus résulte en huit catégories pour l'eau de surface, huit pour l'eau souterraine et une pour l'eau de pluie. Chaque catégorie est définie par jusqu'à 136 paramètres de qualité et permet d'établir les utilisateurs pour lesquels l'eau est fonctionnelle. Ces catégories d'eau permettent de qualifier les flux d'eau à l'étape d'inventaire, afin d'être utilisés avec un modèle d'évaluation des impacts potentiels associés à une baisse de fonctionnalité pour les utilisateurs humains, modèle qui fait l'objet de la prochaine étape du projet. Modèle d'évaluation des impacts Le modèle proposé prend en compte l'eau prélevée et rejetée, sa qualité et sa rareté afin d'évaluer la perte de fonctionnalité pour les autres usagers. Cette perte de fonctionnalité est ensuite multipliée avec deux paramètres : 1) une capacité d'adaptation, qui détermine dans quelle mesure l'eau non-disponible pourra être compensée par le biais de moyens financiers (ex : désalinisation), et 2) un facteur d'effet qui quantifie les impacts sur la santé humaine causés par la perte de fonctionnalité qui ne peut être compensée (i.e.: malnutrition ou maladies associées à un manque d'accès à l'eau). Les impacts sur la santé humaine d'une utilisation d'eau, menant à une baisse de disponibilité d'eau pour les usages humains (domestiques, agricoles, ou pêches/aquaculture) sont présentés à l'échelle mondiale en résultats régionalisés et exprimés en années de vie perdue équivalentes. Un cadre pour l'évaluation des impacts causés par les moyens compensatoires dans les régions pouvant s'adapter est présenté en addendum. Comparaison des modèles L'évaluation du modèle développé dans ce projet a été effectuée à travers une comparaison systématique avec des modèles publiés dans la littérature et qui couvrent les mêmes chaînes cause-à-effet, notamment la rareté d'eau et les impacts d'un manque d'eau sur la santé humaine. Le but était de 1) identifier les choix de modélisation clés qui expliquent les différences principales entre les modèles, 2) quantifier l'importance des différences entre les modèles, incluant l'évaluation de l'incertitude associée et 3) discuter les choix méthodologiques principaux et fournir des recommandations pour orienter les développements méthodologiques futurs et les efforts d'harmonisation. Les résultats ont permis d'identifier les choix de modélisation qui influencent significativement les indicateurs et qui doivent être analysés davantage et harmonisés, tels que l'échelle géographique à laquelle l'indicateur de rareté est calculé, la source de données d'entrées du modèle et la fonction qui décrit la rareté d'eau en fonction de la fraction d'eau disponible prélevée (WTA) ou consommée (CTA). L'inclusion ou l'exclusion des impacts liés à la privation d'eau pour les usagers domestiques et l'inclusion ou l'exclusion du “trade effect” influencent les résultats d'impacts sur la santé humaine. De plus, tant au niveau problèmes que dommages, la comparaison a démontré que de considérer une réduction de disponibilité due à une dégradation de l'eau affecte significativement les résultats. D'autres choix ont été analysés et sont moins significatifs pour la majorité des régions du monde. Des cartes sont fournies pour identifier les régions où ces choix sont pertinents. Application sur une étude de cas Le modèle développé est ensuite appliqué à une étude de cas sur l'empreinte eau d'un détergent à lessive, illustrant comment le modèle s'insère dans le concept de l'empreinte eau en complémentant les méthodes existantes adressant les différentes chaines cause-à-effet. En effet, l'intégration des différentes méthodes d'évaluation des impacts à l'intérieur d'une empreinte eau est toujours en cours et seulement quelques études de cas ont été publiées à ce jour illustrant le concept de façon exhaustive. Alors que les industries sont de plus en plus intéressées à évaluer leur empreinte eau au-delà d'un simple inventaire de volumes d'eau consommée, ils sont à la recherche de directives quand à l'application et l'interprétation des différentes méthodes disponibles. Le modèle développé est également évalué et comparé à d'autres modèles adressant les mêmes chaines cause-à-effet. Une discussion sur l'applicabilité des différentes méthodes dans un contexte d'empreinte eau aborde les sujets tels que la définition des flux d'inventaire, la disponibilité des données, la régionalisation et l'inclusion des systèmes de traitements d'eau usée. Le concept de l'empreinte eau tel que décrit dans la norme DIS ISO 14046 est illustré par l'étude de cas en incluant les catégories d'impacts liées à la disponibilité et à la dégradation. Au niveau problèmes, celles-ci incluent la rareté, le stress et les indicateurs de pollution tels que l'eutrophication, l'acidification et la toxicité. Au niveau dommages, les impacts sur la santé humaine et les écosystèmes sont évalué pour un manque et une dégradation de l'eau. Des analyses de sensibilité sont réalisées sur les choix de modélisation les plus sensibles, identifiés dans la comparaison mentionnée ci-haut. Validation du modèle et incertitudes Bien que les résultats du modèle ne puissent être validés directement avec des données réelles, une validation partielle de l'ordre de grandeur peut être effectuée en comparant les résultats que le modèle fournit si les impacts associés à toute l'eau consommée d'un pays sont évalués et comparées avec les données de l'Organisation Mondiale de la Santé décrivant les dommages sur la santé humaine liés à la malnutrition et au manque d'accès à l'eau. Ces données fournissent un seuil maximal, puisque ces impacts peuvent être causés par une utilisation d'eau ou d'autres causent, permettant d'identifier si les résultats du modèle se retrouvent dans un ordre de grandeur raisonnable. La comparaison montre que pour 75% et 71% des pays respectivement, les impacts évalués dus à la malnutrition et aux maladies liées à l'eau, sont en-dessous des données de l'OMS, tel que prédit. L'évaluation par le modèle à l'échelle mondiale donne une valeur du même ordre de grandeur que l'OMS pour les maladies liées à l'eau et un ordre de grandeur supérieur pour la malnutrition. Les incertitudes sont évaluées avec les données disponibles sur les paramètres d'entrée du modèle ou par des jugements d'experts, et elles sont comparées avec la variabilité spatiale du modèle à travers l'index UII (Uncertainty Increase Indicator), qui montre que l'incertitude intrinsèque du modèle est en général comparable ou supérieure à l'incertitude associée à variabilité spatiale à l'échelle du pays. Conclusion Cette thèse présente une méthode novatrice pour l'évaluation de l'inventaire et des impacts liés à une baisse de disponibilité causée par la consommation ou la dégradation de l'eau pour les usages humains en ACV. La méthode, qui représente une plus grande pertinence d'un point de vue logique en intégrant un plus grand nombre de paramètres et en offrant une plus grande complexité, a également démontré une différence dans les résultats obtenus. Le travail approfondi ensuite la compréhension du modèle et des autres modèles de rareté, stress et d'impacts sur la santé humaine en identifiant les choix de modélisations pertinents et les différences, permettant ainsi de quantifier l'incertitude du modèle et l'importance de ces choix dans un contexte régional spécifique, par l'utilisation de cartes mettant en évidence les régions où certaines analyses de sensibilité seraient pertinentes. Décomposer les modèles existants et identifier les différences et similitudes, a permis d'identifier les principales composantes et ainsi supporter le développement éventuel d'une méthode consensuelle. Finalement, l'application à l'étude de cas a démontré que la méthode développée peut déjà être appliqué à un produit de détergent à lessive dans un contexte d'empreinte eau telle que présentée dans la norme ISO. La science et la disponibilité des données évoluent rapidement, mais les résultats obtenus permettent déjà aux entreprises d'identifier où dans le cycle de vie et dans le monde les impacts potentiels auront lieu. En conclusion, malgré des incertitudes parfois élevées, un potentiel de surestimation des impacts dans certains pays, le besoin de données plus robustes et d'une meilleure opérationnalisation, ce travail contribue significativement à élargir les possibilités et l'exhaustivité de l'évaluation des impacts liés à l'utilisation de l'eau, et à la connaissance scientifique nécessaire pour appliquer, comprendre et développer davantage les modèles d'impacts.