Développement d'une méthode d'analyse du cycle de vie dynamique pour l'évaluation des impacts sur le réchauffement climatique

Le réchauffement climatique de nature anthropique est principalement causé par les émissions de gaz à effet de serre (GES) provenant des différentes activités humaines. Pour réduire l'impact de ces activités sur le climat, il faut être en mesure de quantifier les émissions de GES, ainsi que leur impact relatif sur le réchauffement climatique, afin d'identifier les sources principales et les solutions permettant d'atteindre les objectifs de réduction fixés. Pour ce faire, l'unité de mesure généralement utilisée est le GWP (« Global Warming Potential »), proposé par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), qui transforme les émissions des différents GES en kg CO2-eq. L'utilisation de plus en plus répandue du GWP et des méthodes de comptabilisation des émissions de GES a fait poindre certaines limites concernant les aspects temporels des émissions. En effet, le développement d'un nombre croissant de projets d'atténuation du réchauffement climatique par la foresterie a soulevé la question de l'impact de la séquestration et du stockage temporaire de carbone en forêt. De plus, de récentes méthodes de calcul pour l'empreinte carbone des produits visent à donner une valeur au stockage temporaire de carbone dans des objets issus de la biomasse pendant leur durée de vie. Finalement, certaines études ont démontré l'importance de la considération de la distribution temporelle des émissions de GES lors de l'évaluation de projets s'étendant sur de longues périodes de temps. Pour chacune de ces problématiques individuelles, des approches ont été proposées au cours des dernières années. Par contre, ces approches sont spécifiques à une situation ou à un problème donné. De plus, elles comportent généralement des lacunes. Par exemple, elles s'appliquent seulement aux émissions de CO2 et négligent les autres GES, elles donnent des résultats pour un horizon de temps fixe, etc. L'objectif principal de cette thèse est de développer une méthode d'analyse du cycle de vie (ACV) dynamique pour la catégorie d'impact du réchauffement climatique et de démontrer que cette méthode permet de pallier les lacunes des méthodes existantes concernant les aspects temporels des émissions de GES. La méthode développée doit donc permettre d'analyser l'impact de n'importe quel système de produits dans un cadre temporel cohérent, tout en considérant de façon rigoureuse le devenir atmosphérique de chacun des différents gaz à effet de serre. La première étape à réaliser pour l'obtention d'une ACV dynamique est de développer un inventaire du cycle de vie qui tient compte de la distribution temporelle des émissions. Pour ce faire, le cycle de vie est divisé en pas de temps d'une longueur d'une année et toutes les émissions d'un GES donné ayant lieu à une certaine année sont additionnées pour donner une matrice d'inventaire où chaque ligne représente un type de GES et chaque colonne, une année d'émission. Des facteurs de caractérisation dynamiques sont ensuite développés pour deux indicateurs du réchauffement climatique, soit 1) le forçage radiatif, tel qu'utilisé pour le calcul des GWP et 2) l'augmentation de la température atmosphérique. La méthode développée dans cette thèse permet donc de calculer l'impact de n'importe quel inventaire de GES sur le forçage radiatif et sur la température atmosphérique à tout moment t, en utilisant des facteurs de caractérisation qui sont fonction du temps écoulé entre chaque émission et le moment t. Comme elle utilise des facteurs de caractérisation qui sont fonction du moment de l'émission, l'ACV dynamique permet le calcul des impacts d'émissions de GES réparties dans le temps dans un cadre temporel cohérent. L'application de la méthode à une étude portant sur le remplacement des combustibles fossiles par des biocarburants tout en tenant compte des émissions dues au changement d'affectation des terres démontre que cette incohérence temporelle peut avoir un impact très significatif sur les résultats et sur les décisions qui en découlent. Par exemple, certains biocarburants pourraient être favorisés par une politique exigeant qu'ils atteignent un certain niveau de réduction de GES au bout d'une certaine période de temps si les résultats de l'approche traditionnelle sont utilisés, alors qu'ils seraient exclus suivant les résultats de l'ACV dynamique. Ces résultats démontrent aussi que l'ACV dynamique peut être appliquée à n'importe quel type de profil temporel ou de système de produits, contrairement à certaines approches existantes développées pour le cas particulier des biocarburants. Les résultats obtenus pour l'évaluation d'un projet de compensation d'une émission de GES par la foresterie démontrent que la séquestration d'une certaine quantité de carbone en forêt ne peut compenser entièrement, à court ou à moyen terme, l'impact causé par une émission initiale équivalente à cause du délai de séquestration et que l'ACV dynamique, en calculant l'impact en fonction du temps, permet d'analyser la sensibilité des résultats au choix d'un horizon temporel. Ces résultats démontrent aussi que l'utilisation unique du forçage radiatif cumulatif pour évaluer l'impact sur le réchauffement climatique n'est pas suffisante, puisque cet indicateur ne permet pas de tenir compte des impacts liés à l'augmentation absolue de température. L'utilisation des deux indicateurs, desquels peuvent découler des conclusions différentes, permet donc de prendre des décisions mieux informées, en se basant sur un éventail d'impacts plus grand. Finalement, la comparaison entre l'ACV dynamique et les méthodes existantes pour le calcul de l'empreinte carbone démontrent que la méthode développée dans cette thèse propose un calcul plus rigoureux et permet une analyse plus flexible des résultats. En effet, contrairement aux autres approches, l'ACV dynamique tient compte de la dynamique de séquestration du carbone dans la biomasse, considère le devenir atmosphérique spécifique à chaque GES par l'utilisation de facteurs de caractérisation dynamiques propres à chacun des gaz et ne nécessite pas la détermination d'un horizon temporel arbitraire avant le calcul. Le développement d'une méthodologie générale pour l'intégration des aspects temporels en analyse du cycle de vie est une première dans le domaine et apporte un certain nombre de défis. Différentes opportunités de recherche sont proposées afin d'améliorer la rigueur et la justesse des analyses effectuées à l'aide de cette méthode et d'étendre son application. • Le développement de facteurs de caractérisation dynamiques pour le réchauffement climatique variant avec la concentration atmosphérique en CO2; • La considération des impacts causés par les modifications de l'albedo lors d'un changement d'affectation des terres; • La modélisation des impacts sur le réchauffement climatique au niveau dommage; • Le développement de facteurs de caractérisation dynamiques pour d'autres catégories d'impacts; • Le développement d'une méthode pour l'opérationnalisation du calcul d'inventaire temporel; • L'adaptation des banques de données ACV à la temporalisation de l'inventaire; • Le développement des aspects prospectifs en ACV.