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L’éco-efficience revisitée pour améliorer la durabilité de l’industrie laitière : Étude de cas sur l’utilisation optimale des constituants du lait dans la production du yogourt grec au Québec

Catherine Houssard

PhD thesis (2020)

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Cite this document: Houssard, C. (2020). L’éco-efficience revisitée pour améliorer la durabilité de l’industrie laitière : Étude de cas sur l’utilisation optimale des constituants du lait dans la production du yogourt grec au Québec (PhD thesis, Polytechnique Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/5260/
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Abstract

RÉSUMÉ : Notre système alimentaire exerce une pression grandissante sur l’environnement et menace à la fois la santé humaine et la stabilité du système planétaire. Face à l’urgence climatique et l’état de dégradation alarmant des services écosystémiques, il convient de modifier rapidement nos modes de production et nos comportements alimentaires. La consommation croissante de produits d’origine animale ainsi que les pertes et le gaspillage alimentaire sont des causes importantes de cette dégradation. Les grandes qualités nutritionnelles des produits laitiers contribuent à la sécurité alimentaire des populations, mais ces produits ont une empreinte environnementale élevée. En outre, la demande grandissante pour des produits laitiers transformés, riches en matière grasse ou, dans une moindre mesure en protéines, nécessite d’augmenter la production du lait et génère des volumes importants de sous-produits (poudre de lait écrémé, lactosérum, etc.) qui ont peu ou pas de valeur ajoutée dans les conditions actuelles de marché. Ce déséquilibre dans l’utilisation des constituants du lait est une source d’inefficacité du système, mais constitue aussi une opportunité pour réduire l’empreinte environnementale globale de la filière. La question générale qui se pose d’un point de vue de durabilité, est de savoir comment optimiser l’utilisation des constituants du lait afin d’en réduire l’empreinte environnementale tout en permettant à la population de bénéficier de ses avantages nutritionnels. Ce projet vise à contribuer à répondre à cette question en s’intéressant plus spécifiquement au cas du yogourt grec (YG), un produit très apprécié pour sa haute teneur en protéines, sa faible teneur en matière grasse et son onctuosité, qui a connu une très forte croissance dans les dernières années. Son mode de production requiert en moyenne trois fois plus de lait qu’un yogourt régulier et génère environ deux kilos de lactosérum acide pour chaque kilo de YG produit. Récemment, les industriels laitiers ont développé de nouvelles technologies pour réduire la quantité de lactosérum ou faciliter sa valorisation. Ce projet a pour but de déterminer quelle(s) technologie(s) présente(nt) les meilleurs compromis pour optimiser l’utilisation des constituants du lait des systèmes de YG sous l’angle de l’éco-efficience. Le concept d’éco-efficience qui vise à réduire les impacts environnementaux d’un système tout en en augmentant sa valeur est très utilisé dans les programmes d’efficacité énergétique. Il est revisité dans cette thèse afin d’en améliorer l’efficacité d’un point de vue de développement durable. Dans cette perspective, le principal objectif de cette recherche est de développer un cadre d’analyse d’éco-efficience basé sur l’approche cycle de vie qui permette aux transformateurs de YG au Québec d’identifier des scénarios d’utilisation optimale des constituants du lait en prenant en compte les aspects fonctionnels, socio-économiques et environnementaux de ces systèmes de produit sur l’ensemble de leur chaîne de valeur. Onze systèmes multifonctionnels de YG ont ainsi été étudiés. Pour la même quantité de yogourt produit, ces systèmes délivrent différentes quantités de co-produit (crème) et sous-produit (lactosérum) aux propriétés, fonctions et valeur économique variées. La réalisation d’une première analyse du cycle de vie attributionnelle (ACV), comparant la performance environnementale des technologies utilisées au Québec en 2018 pour produire du YG, a permis d’identifier les principaux contributeurs aux impacts environnementaux de ce produit et les moyens d’action pour les réduire. Les résultats ont démontré que la minimisation des pertes et gaspillage tout le long de la chaîne de valeur ainsi que l’approvisionnement en lait et ingrédients laitiers à faible impact sont des facteurs clés pour améliorer l’empreinte environnementale du YG alors que la consommation d’énergie durant la phase de transformation a une faible influence sur le profil environnemental de ces systèmes. Cette première ACV n’a pas permis de différencier l’influence de la technologie utilisée sur les résultats, mais elle a mis en évidence l’importance d’adopter une perspective chaîne de valeur pour améliorer efficacement l’empreinte environnementale de ces systèmes. Une seconde ACV, utilisant l’approche par extension de frontières pour allouer les impacts entre le YG et ses co-produits/sous-produits (contrairement à la méthode d’allocation plus simple utilisée dans la première analyse) a été réalisée. Cette perspective plus systémique a permis de mieux comprendre l’influence des co-produit (crème) et sous-produit (lactosérum) sur la chaîne de valeur et les systèmes environnants. Les résultats ont montré que dans les conditions actuelles du marché canadien, sous gestion de l’offre, où la production de lait est régulée par la demande domestique en crème et où les solides non gras du lait sont en surplus, les technologies de YG qui requièrent le plus de lait et qui produisent le plus de crème, favorisent une meilleure synergie d’interaction avec les systèmes laitiers environnants et optimisent l’utilisation des constituants du lait. Ces résultats ont mis en évidence l’avantage de mettre en marché de produits laitiers riches en protéines et faibles en matière grasse, tels que le YG, pour optimiser l’utilisation des constituants du lait et réduire les impacts environnementaux de la filière laitière dans les conditions actuelles de marché. Une troisième approche, basée sur le développement d’un nouveau cadre d’analyse d’éco-efficience permettant d’évaluer la performance environnementale des systèmes de YG en relation avec des indicateurs socio-économiques et fonctionnels variés a été réalisée. Les résultats ont révélé que les scénarios qui généraient le plus de valeur économique pour les transformateurs de YG étaient aussi ceux qui étaient les moins performants d’un point de vue environnemental et socio-économique pour les autres acteurs de la chaîne de valeur. À notre connaissance, ce cadre d’analyse d’éco-efficience, qui adopte une perspective systémique et intègre les trois dimensions du développement durable à différentes échelles (individuelle, territoriale et sociétale), est unique en son genre et constitue la contribution majeure de ce projet de recherche. En tenant compte des intérêts de l’ensemble des parties prenantes, ce modèle rompt avec la conception courante de l’éco-efficience généralement axée sur une amélioration coût-efficacité d’un des acteurs de la chaîne de valeur. Il suggère ainsi une modification du paradigme classique de conception de la valeur en entreprise (généralement centrée sur le profit individuel) de façon à favoriser la création de valeur partagée entre les acteurs de la chaîne de valeur. Son application au cas concret du yogourt grec a permis aux industriels laitiers du Québec de mieux évaluer les compromis à faire pour optimiser l’utilisation des consistants du lait dans la filière laitière de façon à maximiser leur impact positif sur la société. La réalisation des objectifs spécifiques de ce projet a contribué, d’une part à répondre aux questions pragmatiques des industriels pour améliorer l’éco-efficience des systèmes de production de yogourt grec et, d’autre part, à proposer des améliorations méthodologiques pour l’évaluation de la durabilité des systèmes multifonctionnels tels que le YG. Ultimement, ce projet contribue à l’amélioration des outils d’aide à la décision axés sur l’approche cycle de vie pour favoriser l’opérationnalisation du développement durable en entreprise. Le nouveau cadre d’analyse d’éco-efficience proposé a été développé pour l’industrie laitière, mais pourrait facilement être appliqué à d’autres secteurs d’activités.----------ABSTRACT : Our food system is putting increasing pressure on the environment and threatening human health and global stability. The urgency of the fight against climate change and alarming degradation of ecosystem services is forcing us to quickly change our production methods and consumption behaviours. The growing consumption of animal products and food losses and wastage are among the main causes of this deterioration. The nutritional qualities of dairy products contribute to food security, but the products have a large environmental footprint. The rising demand for high-fat and, to a lesser degree, high-protein processed dairy products boosts milk production, generating considerable volumes of by-products (e.g. skim milk powder, whey, etc.) with low or no added value on the market. While this imbalance in the use of milk components represents an inefficiency of the dairy production system, it also constitutes an opportunity to further reduce the sector’s overall environmental footprint. From the sustainability perspective, a question arises: can the use of milk components in the dairy industry be optimized so as to reduce the sector’s environmental footprint and ensure the population benefits from their nutritional benefits? This project aims to respond to the question by specifically focusing on the case of Greek yogurt (GY), a popular product owing to its low-fat-high-protein content and smoothness whose sales have risen substantively in recent years. On average, GY production requires, three times more milk than regular yogurt and generates approximately two kilograms of acid whey for every kilogram of GY produced. Recently, the dairy industry developed new production technologies to reduce the quantities of acid whey and improve their recovery. In this thesis, we aim to determine which technologies provide the best compromises to optimize the use of milk components in GY production systems from an eco-efficiency perspective. The concept of eco-efficiency seeks to create more value with less impact. It is a widely used concept in industrial energy efficiency programs to curb environmental burdens while improving cost effectiveness. This thesis revisits eco-efficiency to improve its effectiveness from a sustainability perspective. In this respect, the main objective of the research project is to develop a multidimensional eco-efficiency framework based on the life cycle approach to identify optimal scenarios for the use of milk components that account for the product systems’ functional, socioeconomic and environmental aspects across the value chain.Eleven multifunctional Greek yogurt systems were assessed. For the same amount of GY produced, these systems deliver various quantities of co-product (cream) and by-product (whey) with different proprieties, functions and economic values. A first attributional life cycle assessment (LCA) comparing the environmental performances of the most common GY production technologies in Québec in 2018 throughout their entire product life cycle helped identify the main contributors and key drivers to reduce the environmental burdens of GY. The results showed that minimizing losses and wastage and selecting milk and milk protein ingredients with low impacts are key factors to improve the environmental performance of GY systems, while the energy consumption in the processing stage is a low contributor to the impacts. The outcomes of this LCA do not demonstrate that the choice of processing technology is a clear discriminant factor but rather highlight the importance of adopting a complete value-chain perspective when analyzing these systems to effectively improve their environmental footprint. Then, a second life cycle assessment using a system boundaries expansion approach to partition the impacts between the GY and its co-products (instead of the simplest allocation method used in the first study) was performed. This more systemic perspective improves the understanding of the causal relations of GY co-product and by-product within the product chain and surrounding systems. The results show that, under current Canadian market conditions in which milk production is driven by the demand for cream and produces surplus non-fat-solids (NFS), GY technologies, which require more raw milk and produce more cream, enable better synergies in milk component use and improve the environmental performance of the GY systems. In this respect, neither the quantity of whey generated, nor the whey management technology significantly influence the environmental footprint of GY. This outcome sheds new light on the benefits of marketing high-protein-low-fat dairy products such as GY to optimize the use of milk components across the dairy sector. Finally, a third approach that proposes an enhanced eco-efficiency framework to assess the environmental performances of GY systems in relation to various socio-economic and functional value indicators reveals how the scenarios that create the most economic value for GY processors do not perform as well for the other value chain stakeholders or environmental dimensions. To our knowledge, this multidimensional EE framework that integrates the three aspects of sustainable development at different levels of analysis (individual, territorial, societal) is wholly unique and constitutes the major contribution of this research project. By accounting for the interests of all value chain stakeholders, the framework breaks with the current concept of eco-efficiency focused on cost effectiveness for a single value chain stakeholder. It suggests a shift in the standard paradigm of the concept of value (generally driven by individual gain) to foster the creation of shared value between value chain stakeholders. Its application to the concrete case of Greek yogurt enables Canadian milk processors to better assess the compromises required to optimize the use of milk components in their sector and maximize their positive impact on society. The attainment of the project’s specific objectives addresses pragmatic questions from the industry to improve the eco-efficiency of Greek yogurt production systems and suggests several new methodological enhancements to assess the sustainability of multifunctional systems, such as Greek yogurt. Ultimately, this project contributes to the improvement of life cycle based decision-making tools to foster the operationalization of sustainable development within corporations. While the project was developed for the dairy industry, the findings may apply in other activity sectors.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de mathématiques et de génie industriel
Academic/Research Directors: Manuele Margni and Yves Pouliot
Date Deposited: 13 Oct 2020 11:29
Last Modified: 22 Oct 2021 16:39
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/5260/

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