Analyse de Cycle de Vie de la valorisation énergétique de la biomasse algale : prise en compte des aspects dynamiques dans l'étape d'inventaire

La production de biocarburant à partir de microalgues est de plus en plus étudiée. Une des solutions proposées pour valoriser de manière plus optimale le contenu énergétique des microalgues est la digestion anaérobie de celles-ci, le biogaz étant utilisé sous forme de carburant. Ce travail de thèse s’intéresse à l’évaluation de cette technologie émergente. Après une synthèse bibliographique, une ACV prospective du système couplant culture d’algues et digestion anaérobie a été réalisée au cours de la thèse à partir de données de la littérature, de résultats expérimentaux et de l’utilisation de modèles dynamiques. La réalisation d’ACV de production de biogaz et de biodiesel à partir de microalgues a permis de souligner l’importante contribution de l’électricité aux différents impacts évalués. Une ACV de production de biodiesel avec un mix électrique comprenant des énergies renouvelables a été faite de manière à évaluer les diminutions d’impacts potentiels, et à les comparer avec des améliorations de productivité. L’ACV est un outil d’évaluation statique, les caractéristiques temporelles et spatiales sont perdues lors de la phase d’agrégation des émissions dans la phase d’inventaire. De plus lors de la phase d’évaluation des impacts, il est supposé que les processus écologiques répondent de manière linéaire aux perturbations environnementales et que les effets seuils sont négligés. Pour pallier ces lacunes, les dynamiques temporelles au niveau de l’évaluation des impacts sont de plus en plus intégrées par la communauté scientifique. Un travail préalable nécessaire est l'obtention d'un inventaire du cycle de vie dynamique. Cette thèse propose une méthodologie pour réaliser un inventaire dynamique lors d'une ACV. Celle-ci est construite par l’indentification des flux clés dans le système par des analyses de sensibilité. La procédure compare ensuite pour les flux préalablement sélectionnés les dynamiques intrinsèques des émissions ou des échanges dans la technosphère avec les dynamiques des impacts envisagés. A ce titre, des dimensions temporelles des impacts sont proposées et discutées. Ce travail est ensuite illustré sur des cas théoriques et des systèmes réels du domaine des bioénergies.

Biofuel production from microalgae is more and more pointed out as an interesting alternative to produce bioenergy. An innovative way for taking advantage of the energetic content of the microalgae is to directly carry out anaerobic digestion, and to use the biogas as a biofuel. This PhD work focuses on the environmental evaluation of this new technology. A critical review of Life Cycle Assessment (LCA) studies of algal biofuels is firstly done. Then a prospective LCA of microalgae culture coupled to biogas production is carried out, based on bibliographic data, experimental results and dynamic models. Literature about biofuel and biogas production from microalgae has underlined the high contribution of electricity to the assessed impacts. A LCA of biodiesel production using electricity produced by local and renewable sources has been undertaken in order to estimate potential impacts’ modifications and to compare them with the consequences of an increase of microalgal productivity. Life Cycle Inventory (LCI) is usually based on steady-state and linear models of elementary processes and temporal or spatial variations of commodity flows and emissions are most of the time ignored or aggregated within the overall uncertainty. Furthermore Life Cycle Impact Assessment (LCIA) framework generally assumes that the biological processes respond linearly to environmental disturbances and that threshold effects can be neglected. As the development of dynamic impact methods is based on dynamic inventory data, it seems essential to develop a general methodology to achieve a temporal LCI. This PhD thesis presents a methodology to pursue a dynamic LCI based on the identification of key flows by sensitivity analyses. Once these commodity flows and environmental flows have been identified, their own timescales are compared to the inherent timescales of the impact categories affected by the flows. From this perspective, temporal dimensions of different impact categories are suggested and discussed. This approach is illustrated by theoretical and existing bioenergy systems.