Life Cycle Assessment of urban wastewater systems: capturing temporal variability of water discharges in an urban catchment | Analyse de Cycle de Vie (ACV) de systèmes d'assainissement urbains : considération de la variabilité temporelle des rejets d'un bassin versant urbain

French. Avec une croissance urbaine sans précédent à l'échelle planétaire, les systèmes d'assainissement urbains (SAU) sont confrontés au défi opérationnel de la gestion d'eaux pluviales toujours plus importantes et polluées afin d'atténuer les dégradations de la qualité des écosystèmes aquatiques. Toutefois, dans quelle mesure les stratégies de contrôle par temps de pluie contribuent-elles réellement à réduire les impacts environnementaux globaux? L'objectif général de cette thèse est d'évaluer avec une vision systémique globale, pour améliorer l'évaluation environnementale des SAU par l'analyse du cycle de vie (ACV), en incluant les impacts opérationnels et liés aux infrastructures, et les impacts des polluants rejetés: "Est-il possible d'effectuer l'ACV des SAU en considérant la variabilité temporelle des rejets d'un bassin versant urbain? La première étape de ce travail démontre l'importance relative des impacts causés par les rejets urbains de temps de pluie (RUTP) intermittents, par rapport aux rejets continus des stations d'épuration municipales. Le coeur de cette thèse est l'élaboration d'un cadre dépendant du site pour estimer, en vue d'établir un inventaire du cycle de vie (ICV), les RUTP en considérant leur importante variabilité spatiotemporelle à l'échelle du bassin versant urbain. Le modèle (appelé STOIC) satisfait aux exigences en matière de qualité des données d'inventaire pour soutenir une modélisation suffisamment précise des RUTP et conceptualiser les processus de pollution des eaux pluviales se produisant dans un bassin versant urbain et dans son SAU. Ces processus de pollution des eaux pluviales comprennent la production des polluants des RUTP à partir d'émissions de sources non ponctuelles jusqu'au transfert et à la distribution de la pollution dans les composantes du SAU. Des ICV différenciés spatio-temporellement pour les polluants des RUTP sont calculés pour un bassin versant urbain. Le modèle STOIC est appliqué à un SAU à l'échelle du sous-bassin versant pour évaluer les performances globales de différentes stratégies de gestion des rejets par temps de pluie en termes d'impacts environnementaux dans une étude de cas réel à Bordeaux, dans le sud-ouest de la France. Cela démontre l'intérêt et l'applicabilité d'une évaluation environnementale approfondie qui tient compte de la variabilité temporelle des rejets de SAU d'un sous-bassin versant urbain.

English. With unprecedented urban growth at the planetary scale, urban wastewater systems (UWS) are faced with the operational challenge of managing ever increasing and polluted stormwater to mitigate impairments of the quality of aquatic ecosystems. However, to which extent do wet-weather control strategies actually help reduce overall environmental impacts? With the general aim of assessing in a whole-systems perspective to improve the environmental assessment of UWS with Life Cycle Assessment (LCA), by including impacts from operation and infrastructure, and impacts from discharged pollutants, the objective of the thesis is: "Is it possible to perform the LCA of Urban Wastewater Systems that captures the temporal variability of water discharges in an urban catchment?". The first step in this work demonstrates the relative importance of the impacts caused by intermittent discharges (ID), generated during storm events, compared to continuous discharges from municipal wastewater treatment plants. Then, the core of this thesis is the development of a site- dependent framework to estimate, for life cycle inventory (LCI) purposes, IDs with consideration for their important spatiotemporal variability at the urban catchment scale. The model (named STOIC) satisfies requirements on inventory data quality to support sufficiently accurate modelling of IDs and conceptualizes stormwater processes occurring within an urban catchment and its UWS. These stormwater processes include the generation of water pollutants from nonpoint source emissions to the routing and distribution of pollution in the UWS components, resulting in spatiotemporally differentiated LCIs for water pollutants within an urban catchment. The STOIC framework is applied to an UWS at sub-catchment-scale to assess global performances of different control strategies for IDs in terms of environmental impacts in a real-world case study in Bordeaux, southwest France. This demonstrates the interest and applicability of an extended environmental assessment which considers the temporal variability of UWS discharges from an urban sub-catchment.