Évaluation de l'incertitude lors du développement de la fraction prise pour la détermination des impacts sur la santé humaine dans le cadre de l'analyse du cycle de vie

L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil pour évaluer l'impact potentiel d'un produit, service ou procédé sur l'environnement et ce, tout au long de son cycle de vie. La 3e phase de l'ACV à savoir l'évaluation des impacts du cycle de vie (AICV) sert, entre autres, à classifier les impacts environnementaux potentiels en catégories d'impact. La présente thèse s'attarde sur la catégorie d'impact « toxicité humaine » : pour cette catégorie, les impacts sont évalués par le biais d'une fraction prise (iF) et d'un facteur d'effet. L'iF est la fraction d'un contaminant qui est émise et éventuellement prise par toute la population. Elle tient compte du devenir et de l'exposition au polluant. La fraction prise est souvent prédite en utilisant des modèles multimédia de devenir et à multiples voies d'exposition. En ACV, la gestion des incertitudes des impacts sur la santé humaine et plus spécifiquement sur la fraction prise s'avère être une problématique importante. Les sources d'incertitude de l'iF sont : l'incertitude des paramètres intrants (variabilité naturelle spatiale et temporelle des paramètres utilisés et incertitude des données mesurées), du modèle de prédiction utilisé et du scénario de décision sélectionné. À signaler que cette thèse porte sur l'incertitude des paramètres intrants dans un modèle multimédia de devenir et d'exposition, pour des émissions au Canada. Son objectif général s'énonce comme suit : Évaluer l'incertitude des paramètres de devenir et d'exposition utilisés pour déterminer la fraction prise lors de l'évaluation des impacts sur la santé humaine. Pour atteindre cet objectif, il est ainsi nécessaire de franchir les 3 sous-objectifs suivants: • de déterminer et comparer la variabilité spatiale de l'iF pour trois résolutions spatiales; • de déterminer la contribution des paramètres de devenir et d'exposition à l'incertitude de la fraction prise, selon le contaminant émis dans l'environnement; • de déterminer et comparer la variabilité saisonnière de la fraction prise pour deux saisons d'émission. En ce qui concerne l'incertitude causée par la variabilité naturelle spatiale, elle provient du fait que les paramètres de devenir et d'exposition varient en fonction de la région d'émission. Cependant, la résolution spatiale requise pour déterminer les impacts sur la santé humaine n'est toujours pas déterminée. Bien que la méthode canadienne d'évaluation des impacts LUCAS supposait une régionalisation basée sur la résolution spatiale des écozones canadiennes, cette résolution spatiale n'est peut-être pas la plus appropriée pour évaluer les impacts sur la santé humaine, surtout lorsqu'il s'agit de déterminer le transport d'un contaminant dans l'eau. À cet effet, trois résolutions spatiales ont été testées pour des émissions d'un set représentatif de substances organiques: les écozones (15 régions), les provinces et territoires (13 régions) ainsi que les sous-bassins versants (172 régions). Le set de substances choisi inclut des composés ayant des propriétés physico-chimiques représentatives des propriétés des composés organiques. Ainsi, des données de devenir et d'exposition (données géographiques, météorologiques, démographiques et hydrologiques) ont-elles été recherchées et gérées par un système d'information géographique donnant lieu, de la sorte, à la création de 3 modèles multimédia de devenir et d'exposition spécifiques aux 3 résolutions spatiales considérées et basés sur le cadre conceptuel du modèle IMPACT 2002. Une zone « air » a été définie selon le nombre de mailles d'air superposant le Canada, à savoir 538 mailles, pour tenir compte du transport des contaminants dans l'air. Les fractions prises ont été calculées pour des émissions dans l'eau et l'air et ont été, ensuite, comparées au sein et entre chaque résolution spatiale. Ainsi, pour chaque contaminant et pour des émissions dans l'eau, 15 fractions prises ont-elles été calculées pour les écozones, 13 pour les provinces/territoires et 172 pour les sous-bassins versants. Pour des émissions dans l'air et pour chaque contaminant, 538 fractions prises ont été calculées pour chacune des résolutions spatiales. Les résultats ont montré que, pour des émissions dans l'air et pour des substances persistantes dans l'air et dominées par la voie d'exposition de l'inhalation (substances ayant un temps de demi-vie dans l'air et une constante d'Henry élevés), les 3 modèles voire même un modèle générique pouvaient être utilisés. Pour des émissions dans l'eau et pour des contaminants ayant une faible constante d'Henry et un temps de demi-vie dans l'eau relativement long (p.ex. l'acéphate ou le bénomyl), la résolution des sous-bassins versants s'est révélée être la plus appropriée. En effet, une variabilité spatiale plus large a été observée lorsque le modèle basé sur cette résolution est utilisé (10 ordres de magnitude) par rapport aux modèles basés sur les écozones et les provinces/territoires. Ces deux dernières résolutions spatiales ne permettraient pas une différenciation spatiale appropriée des paramètres importants de devenir et d'exposition, comme le temps de résidence dans l'eau. L'incertitude de l'iF peut aussi être causée par les erreurs dans les données de devenir et d'exposition mesurées. Un modèle multimédia et à multiples voies d'exposition implique la connaissance et l'utilisation de plusieurs paramètres intrants. Afin de calculer l'iF, le modèle IMPACT 2002 utilisé pour le développement des fractions prises consiste en 11 propriétés physico-chimiques ainsi qu'en 105 paramètres de devenir et d'exposition. Par contre, les paramètres intrants peuvent ne pas contribuer de la même manière à l'incertitude de l'iF. De plus, selon la substance émise dans l'environnement, les paramètres contribuant à l'incertitude peuvent être différents. En combinant l'incertitude avec la sensibilité, une analyse d'importance permet de déterminer les majeures sources d'incertitude. Les substances organiques incluses dans l'Inventaire National des Rejets de Polluants d'Environnement Canada ainsi que celles incluses dans le set utilisé pour déterminer la variabilité spatiale ont été considérées. Les distributions statistiques des propriétés physico-chimiques de ces substances et des paramètres de devenir et d'exposition ont d'abord été déterminées à l'aide du test statistique de Kolmogorov-Smirnov. Ensuite, l'analyse d'importance a pu être réalisée pour des émissions dans l'air, l'eau et le sol. En effectuant, par la suite, une analyse topologique sur les résultats d'importance, il a été possible de regrouper les composés chimiques selon les paramètres les plus importants. Pour les trois types d'émissions (air, eau et sol), 3 groupes ont été identifiés, composés chacun de différentes substances organiques. Pour une émission dans l'air, les paramètres intrants qui contribuent le plus à l'incertitude de l'iF étaient le taux de précipitations, les temps de demi-vie dans l'air et l'eau, la superficie du sol et le coefficient de partition octanol-eau. Pour une émission d'un polluant dans l'eau, les paramètres les plus importants étaient la constante d'Henry, les temps de demi-vie dans l'air et l'eau ainsi que le coefficient de partition octanol-eau. Pour une émission dans le sol, ce sont le taux de précipitations, le temps de demi-vie dans l'eau, la constante d'Henry ainsi que le coefficient de partition octanol-eau qui contribuent le plus à l'incertitude de l'iF. Selon le type d'émission et de contaminant (voies d'exposition et propriétés de partition environnementales), les résultats ont permis d'indiquer les paramètres qu'il faudrait évaluer d'une manière plus précise lors de la détermination de la fraction prise. Quant à la variabilité saisonnière de la fraction prise, elle est causée par la variation en fonction de la saison d'émission des paramètres intrants dans un modèle multimédia et à multiples voies d'exposition. Par exemple, les valeurs de température, du taux de précipitations ainsi que des propriétés physico-chimiques comme les coefficients de partition diffèrent selon les saisons. Seuls les paramètres les plus importants selon l'analyse d'importance décrite plus haut ont été variés avec les saisons d'été et d'hiver. La température, le taux de précipitation, le coefficient de partition octanol-eau, la constante d'Henry et les valeurs de demi-vie dans l'air et dans l'eau ont été calculés, de la sorte, pour les conditions d'été et d'hiver. La température et le taux de précipitation ont été recherchés à l'aide de base de données d'Environnement Canada. Le coefficient de partition octanol-eau et la constante d'Henry pour les saisons d'été et d'hiver ont été évalués en utilisant l'intégration de l'équation de Van't Hoff. Les valeurs de demi-vie dans l'air et dans l'eau ont été calculées en posant l'hypothèse que le taux de dégradation doublait avec chaque augmentation de la température de 10°C. Par la suite, 2 modèles spécifiques aux saisons d'été et d'hiver ont été créés à partir de la version canadienne du modèle IMPACT 2002 qui présuppose une température de 25°C. Pour certaines émissions dans l'air et l'eau, les résultats ont montré que l'iF calculée pour la saison d'hiver était jusqu'à un ou deux ordres de grandeur supérieure à celle calculée pour une température de 25°C. Par ailleurs, les fractions prises pour l'été et l'hiver ont aussi été calculées pour un contexte global avec le modèle multimédia USEtox qui a été développé sur la base d'un consensus entre les différents modèles multimédia existants. Ainsi, ceci a-t-il permis de déterminer la variabilité saisonnière, non seulement pour le contexte canadien mais aussi pour le contexte global. Les résultats ont indiqué que la variabilité saisonnière était plus importante au niveau d'un pays comme le Canada où l'on observe des conditions climatiques extrêmes entre l'été et l'hiver, qu'au niveau global. Par contre, comme l'ordre des substances demeurait le même avec le changement de saison d'émission, ceci permet de conclure que la variabilité saisonnière n'est pas nécessaire dans un contexte comparatif d'ACV. Cette variabilité peut toutefois être importante lorsque les impacts pour la catégorie « toxicité humaine » sont comparés avec ceux d'autres catégories d'impact affectant la santé humaine. Cette thèse a permis de développer une approche pour identifier l'incertitude de la fraction prise provenant des paramètres de devenir et d'exposition entrant en jeu dans un modèle multimédia. Dans certains cas, cette incertitude peut être réduite par l'utilisation d'un modèle spatialisé ou encore d'un modèle spécifique à la saison d'émission. De plus, il y a été montré que, selon le contaminant émis et le compartiment d'émission, l'incertitude de l'iF ne provient pas des mêmes paramètres de devenir et d'exposition.