Revue des méthodes évaluant l'impact de l'utilisation de l'eau sur la santé des écosystèmes en analyse du cycle de vie et proposition d'une approche intégratrice

L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) est un outil issu du concept du développement durable qui permet l'évaluation des impacts environnementaux d'un produit sur toutes les étapes de son cycle de vie. Les informations qui sont données par l'ACV aident la prise de décision entre diverses alternatives rendant une fonction identique. Lors de l'étape d'évaluation des impacts reliés au cycle de vie des produits, plusieurs modèles de caractérisation sont utilisés dans l'objectif de couvrir les diverses voies d'impact environnementales. Ce projet s'inscrit dans le désir d'approfondir les capacités de modélisation pour la catégorie d'impact de l'utilisation de l'eau sur les écosystèmes. À l'aide d'une revue exhaustive des méthodes existantes couvrant des portions de la chaine de cause à effet pour cette catégorie d'impact, il a été possible d'identifier les hypothèses sous-jacentes à chacune d'elles. Un cadre méthodologique permettant la décomposition des modèles en facteurs et en indicateurs a été proposée afin de décortiquer les modèles et d'analyser leur structure, les unes par rapport aux autres, afin d'en déterminer la complémentarité et de déterminer dans quelle mesure il serait possible d'additionner les indicateurs de ces modèles de façon cohérente dans un modèle unificateur. L'analyse de la structure des facteurs de sort (FS) qui relient les indicateurs d'inventaire aux indicateurs de stress environnementaux, basée sur une comparaison des bilans hydrologiques et sur les analyses de cas spécifiques au Pays-Bas et sur le bassin versant du Nil, a permis de mettre en lumière dans quelle mesure les méthodes reliées à une consommation d'eau sont cohérentes entre elles. Sur ces bases, il a été identifié que certaines méthodes traitent des mêmes portions de la chaine de cause à effet avec des résultats différents et que certaines d'entre elles utilisent des raccourcis méthodologiques, amenant à s'interroger sur la fiabilité des résultats. Aussi, il a été mis en évidence que certaines voies reliant les indicateurs d'inventaires aux indicateurs de stress environnementaux ne sont pas couvertes. Une approche intégrée, couvrant chacune des voies identifiées, est proposée. Celle-ci devrait se baser sur un modèle hydrogéologique complet permettant de modéliser les flux selon les contextes locaux observés selon les bassins versants. Dans un deuxième temps, la comparaison des facteurs d'effet (FE) a permis d'identifier que les modèles caractérisant la consommation d'eau sont complémentaires pour les écosystèmes aquatiques (modèle développé par Hanafiah & al.) et de marais (modèle développé par Verones vi & al.), mais qu'il y a deux modèles redondants pour ce qui est de la voie couvrant les impacts reliés aux écosystèmes terrestres (modèles développé Van Zelm & al. et par Pfister & al.). Une analyse comparative des structures de ces deux derniers modèles expose leurs forces et leurs faiblesses et permet de montrer que le modèle de Van Zelm & al., qui respecte la chaine de cause à effet réelle, est plus approprié que celui de Pfister & al. qui prend des raccourcis méthodologiques qui conduisent à une surestimation systématique de l'impact. Le modèle de Van Zelm & al. présente cependant l'inconvénient de n'être transposable applicable que dans un contexte géographique limité présentement. Il a aussi été identifié qu'un modèle permettant de caractériser la voie d'impact relié à la salinisation des zones côtières devraient être développé et intégré à la chaine de cause à effet traitant de l'utilisation de l'eau sur les écosystèmes. Finalement, l'analyse des structures des indicateurs de dommages permet d'identifier des incompatibilités en cas d'agrégation des dommages au niveau des unités des compartiments et de la nature des espèces utilisées.

Abstract

Life Cycle Assessment (LCA) is a tool taking its roots within the sustainable development concept. LCA is holds the capabilities to evaluate the environmental impacts of a product from cradle to grave. LCA's results provide information which allows decision making regarding different products having the same function. During the step evaluating the impacts linked to the life cycle of a product various characterization models are used in order to cover the related environmental impact pathways. The aim of this project is to increase the modeling capabilities for the impact category impact of water use on ecosystems. Based on a thorough review of the existing methods covering the portions of the cause effect chain of the impact of water on ecosystems, it was possible to identify the underlying hypothesis for each method. Methodological concepts where developed providing a way to decompose each method into factors and indicators in a way that it is possible to determine if the methods can be added coherently one to the other into a unified model. The fate factor (FF) structural analysis links the inventory and environmental stress indicators. Based both on a hydrological models comparison and study cases on the Netherlands and the Nile drainage basin showed if the methods are coherent altogether. It was identified that some methods cover the same portion of the cause-effect chain but are structurally different; some of them use methodological shortcuts which give us the possibility of being skeptic on the results' reliability. Also, it was discovered that some pathways linking inventory and environmental stress indicators are not covered by any method. Theses finds highlight the needs for an integrated approach covering every pathway and the necessity to use a unique and complete hydrological model having capabilities to provide under every geographical context results linking the inventories to the environmental stress indicators. Secondly, the comparison of the effect factors (EF) allowed the identification that they are complementary regarding impacts on aquatic (model developed by Hanafiah & al.) and wetland (model developed by Verones & al.) species. However, a redundancy exists for the impacts on terrestrial ecosystems (between the models of Van Zelm & al. and Pfister & al.). A comparison of the latter models provides information of their weaknesses and strengths in order to make a selection; Van Zelm & al.'s model seems more appropriate as it follows more adequately the real viii impact pathway but its applicability is restrained to a limited geographical context. Pfister & al.'s model is global but the its methodological shortcuts systematically lead to overestimation of the impacts. This exercise also provided insights about a missing link which would describe the impacts of water use on ecosystems due to saltwater instruction of coastal lands. Finally, the analysis of the structure of the damages indicators showed that they are incompatible because the compartment of reference is different for aquatic and terrestrial ecosystems and the nature of the species considered is different between the methods.