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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Environnement G 5 810 − 1 Analyse du cycle de vie Application aux systèmes de dépollution par Dr André WEIDENHAUPT Responsable du Centre de ressources des technologies pour l’environnement (CRTE) Centre de recherche public Henri-Tudor (Luxembourg) et Dr Markus A. MEIER Ciba Specialty Chemicals Inc, Colours department (Suisse) et article est destiné à faciliter le choix d’une technologie de dépollution des rejets gazeux émis par une station d’épuration d’eaux usées provenant de grands sites de production d’usines chimiques. Il prend en compte tous les effets environnementaux liés aux différentes techniques à l’aide des analyses du cycle de vie (ACV) et montre l’intérêt d’une telle démarche même au niveau des tech- nologies de dépollution choisies. Après une présentation sommaire des ACV dans le contexte de l’industrie chi- mique, on exposera : 1. Les ACV dans l’industrie chimique..................................................... G 5 810 – 2 2. Étude de cas : ACV des systèmes de dépollution des rejets gazeux ..................................................................................... — 2 2.1 Critères de choix.......................................................................................... — 2 2.2 Caractérisation des efﬂuents gazeux ......................................................... — 3 2.3 Aspects technologiques.............................................................................. — 3 3. Déﬁnitions des indicateurs d’éco-efﬁcience.................................... — 4 3.1 Bénéﬁce écologique net (Net Ecological Beneﬁt) NEBN .......................... — 7 3.2 Efﬁcience écologique (Ecological Yield Efﬁciency) lgEYE........................ — 7 3.3 Calcul des indicateurs ................................................................................. — 7 3.3.1 Évaluation de l’impact environnemental par la méthode Eco-Indicator 95 ....................................................... — 7 3.3.2 Classiﬁcation des composés organiques volatils ............................ — 8 4. Analyse de l’incertitude......................................................................... — 9 4.1 Incertitude et ACV........................................................................................ — 9 4.2 Identiﬁcation des différents types d’incertitude........................................ — 9 4.3 Fonctions de distribution de probabilité ou scénarios utilisés pour calculer les incertitudes...................................................................... — 10 4.4 Calcul des incertitudes par simulation selon la technique de Monte-Carlo ............................................................ — 11 5. Résultats de l’ACV des systèmes de traitement de rejets gazeux ...................................................................................... — 11 5.1 Comparaison basée sur la consommation en énergie............................. — 11 5.2 Comparaison basée sur les catégories d’impacts environnementaux ... — 11 5.3 Identiﬁcation des principales contributions .............................................. — 12 5.4 Comparaison entre les différents indicateurs d’éco-efﬁcience................ — 12 6. Choix du système de traitement de rejets gazeux le plus adéquat ......................................................................................... — 13 6.1 Classement préférentiel des différentes options ...................................... — 13 6.2 Importance des différentes incertitudes.................................................... — 13 6.3 Possibilités d’optimisation.......................................................................... — 13 Références bibliographiques ......................................................................... — 14 C ANALYSE DU CYCLE DE VIE _____________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. G 5 810 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Environnement — les technologies faisant l’objet de cette étude (biofiltration, adsorption sur charbon actif, oxydation catalytique, incinération thermique régénérative) ; — les indicateurs d’éco-efficience introduits dans cette approche (méthode Eco-Indicator 95) ; — les différents indicateurs d’impacts environnementaux (toxicité, effet de serre, destruction de la couche d’ozone, formation de smog). Comme les ACV se basent sur de nombreuses hypothèses, il a été nécessaire de procéder à un calcul d’incertitude fondé sur la méthode de Monte-Carlo. Les résul- tats obtenus ont été discutés et ont permis de déterminer la meilleure réﬂexion possible pour une prise de décision quant au choix de la technologie de dépollu- tion la mieux adapté et présentant les possibilités d’optimisation les meilleures. 1. Les ACV dans l’industrie chimique I L’analyse du cycle de vie (ACV) est une méthode d’évalua- tion des impacts des systèmes (produits, activités, servi- ces) du « berceau à la tombe », et cet article est centré sur son application dans l’industrie chimique. Les ACV sont constituées de quatre phases déﬁnies par la SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry) [8] et les nor- mes ISO 14 040 et suivantes [9] : — définition des objectifs et leur domaine d’application [1][2] ; — méthodologie de l’inventaire [1][7] ; — évaluation de l’impact environnemental [3][4] qui se décom- pose en 3 phases : • la classiﬁcation, • la caractérisation, • la comparaison des données ; — interprétation des résultats, phase importante qui engage l’auteur de l’étude à tirer des conclusions et à proposer des actions, et ce, à chacune des étapes mentionnées ci-dessus. I L’industrie chimique a, depuis quelques années, cherché à construire sa stratégie autour du concept de « développement durable » [5] et elle l’a appliqué, plus particulièrement, à ses procédés [10] et à ses produits [11]. Par ailleurs, des pressions sociales visant à réduire les nuisances écologiques liées aux emballages l’a poussé à la réalisation d’ACV de différents matériaux plastiques comme les polyoléﬁnes ou le polychlorure de vinyle (PVC) [12]. L’industrie des tensioactifs a également réalisé un effort similaire lors d’études ACV des composés de poudres à laver [13]. La plupart de ces études ont été menées à l’échelle européenne et, de ce fait, elles ont utilisé des données moyennes pour chaque pro- duit analysé. Cependant, par ailleurs, l’industrie chimique a aussi procédé, en interne, à des études d’ACV dans le but d’opérer des choix entre différentes options de procédés ou d’évaluer les impacts environnementaux spéciﬁques à leurs produits. Même si les efforts mentionnés ci-dessus ont abouti à une réduc- tion des impacts environnementaux au sein de l’industrie chimique, il existe toujours une pollution résiduelle au niveau des activités de production. Pour minimiser cette pollution résiduelle, on doit recourir à des technologies du type « end of pipe » ou technologies de dépol- lution en bout de chaîne. L’ACV peut également être utilisée, dans ce contexte, comme outil d’aide à la décision évaluant les performances environnementales des différentes technologies de dépollution. Des études ACV ont d’ailleurs été appliquées aux stations d’épura- tion d’eaux communales et aux installations de traitement de déchets [16]. 2. Étude de cas : ACV des systèmes de dépollution des rejets gazeux Cette étude de cas a été réalisée dans le cadre d’une thèse de doc- torat de Sciences techniques au laboratoire de chimie technique de l’École polytechnique fédérale de Zurich [18]. 2.1 Critères de choix Le choix de la technologie la plus adéquate pour le traitement d’un rejet gazeux spéciﬁque est le résultat d’un processus de déci- sion multicritère suivant : — une dimension socio-politique qui permet d’évaluer le niveau d’acceptation de la technologie. On peut se limiter au respect de la réglementation en vigueur ; — une dimension technique qui a pour objectif principal d’évaluer la faisabilité technique du système de traitement de gaz. Générale- ment, les paramètres considérés dans cette évaluation sont le volume de gaz à traiter, la charge polluante du rejet, la nature des polluants, les odeurs, la disponibilité de la technologie, l’espace nécessaire (et disponible) pour l’installation, l’intégration dans les infrastructures existantes, le recyclage des polluants, la maintenance, etc. ; — une dimension environnementale dont l’objectif est d’évaluer le bénéfice écologique ou l’efficience écologique de la technologie, dont le niveau de performance environnementale ; — une dimension économique afin de connaître les coûts directs et indirects associés à la technologie et d’évaluer ainsi le niveau de performance économique. Ces quatre dimensions sont mises en œuvre à deux niveaux de décision indépendants : — le premier niveau regroupe la faisabilité technique et la législa- tion environnementale (évaluation socio-politique) ; — une fois les technologies identifiées et considérées conformes aux exigences du premier niveau, le second niveau décisionnel évalue leurs performances économiques et environnementales. Exemples : — étude d’un procédé moins polluant d’obtention d’un stilbène par oxydation d’un toluène substitué soit par l’eau de Javel, soit par l’air [14] ; — évaluation environnementale de la méthode biocatalytique et de la méthode catalytique par des complexes métalliques pour la réduc- tion énantiosélective de cétones. L’ACV a démontré que le choix du catalyseur est moins important que le choix des conditions de réaction et que les étapes ultérieures, comme l’extraction du produit par des solvants [15]. Exemple : Pistor [17] a évalué, grâce aux ACV, l’éco-efﬁcience et l’éco-efﬁcacité (cf. § 3.1 et 3.2) des différents procédés d’élimination de l’azote des eaux usées (nitriﬁcation et dénitriﬁcation). ______________________________________________________________________________________________________________ ANALYSE DU CYCLE DE VIE Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Environnement G 5 810 − 3 2.2 Caractérisation des efﬂuents gazeux L’étude de cas a porté sur des systèmes de traitement de rejets gazeux provenant de la station d’épuration RHIN à Pratteln (près de Bâle, en Suisse) qui traite les eaux usées communales et industriel- les de grands sites de production chimique (par exemple Clariant, Ciba Specialty Chemicals, Novartis, Rohner). Les eaux industrielles subissent un prétraitement par neutralisation, sédimentation et trai- tement biologique aérobie avant d’être mélangées aux eaux com- munales. Comme la teneur en solvants dans les eaux industrielles est élevée, l’air issu de la phase de traitement biologique aérobie s’enrichit en composés organiques volatils (COV) (tableau 1) qui doivent être éliminés par un procédé de traitement de gaz. Le choix de la technologie exige d’abord une connaissance des charges volu- miques dont les moyennes sont regroupées dans le tableau 2. 2.3 Aspects technologiques Dans le domaine de la dépollution de rejets gazeux, un large spec- tre de technologies uploads/Industriel/ analyse-du-cycle-de-vie-pdf.pdf