Manuel (document PDF)

Manuel d’instruction
Le bilan carbone
de nouvelle génération
grâce au Calculateur d’empreinte
carbone dynamique V1.0
1
Remerciements
Producteur
Ce guide a été produit par le CIRAIG
Auteur
Annie Levasseur, CIRAIG
Supervision et support
Pascal Lesage, Manuele Margni et Réjean Samson, CIRAIG
Partenaires industriels
Les auteurs tiennent à remercier les partenaires industriels de la Chaire internationale en analyse du cycle de vie, une unité de recherche du CIRAIG,
pour leur appui financier: ArcelorMittal, Bell Canada, Cascades, Eco Entreprises Québec, RECYC-QUÉBEC, Groupe EDF, Gaz de France, Hydro-Québec,
Johnson & Johnson, Mouvement des caisses Desjardins, Rio Tinto Alcan,
RONA, SAQ, Total et Veolia Environment.
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Table des matières
1. L’ABC de l’ACV dynamique
pour le réchauffement climatique
1.1 Les limites de la méthodologie actuelle
1.2 La méthode ACV dynamique
4
4
7
2. L’outil de calcul ACV dynamique
pour le réchauffement climatique
9
3. Exemple d’application
12
4. Références
15
3
1. L’ABC de l’ACV dynamique
pour le réchauffement climatique
L’analyse du cycle de vie (ACV) dynamique pour le réchauffement climatique
est une méthode développée dans le but d’évaluer l’impact sur le forçage
radiatif en fonction du temps des émissions de gaz à effet de serre (GES) du
cycle de vie.
1.1 Les limites de la méthodologie ACV actuelle
La méthodologie ACV actuelle ne tient pas compte du moment où a lieu
chacune des émissions. Lors du calcul d’inventaire, toutes les émissions d’une
même substance sont additionnées pour donner une seule valeur agrégée.
L’impact sur le réchauffement climatique de cette émission agrégée est ensuite déterminé en multipliant celle-ci par son potentiel de réchauffement
global (ou GWP pour « global warming potential ») pour un horizon de temps
choisi (20, 100 ou 500 ans). Finalement, l’impact total du cycle de vie sur le réchauffement climatique en kg CO2-eq est obtenu en additionnant l’impact de
chaque GES.
Impact GES1
[ E1 (GES1) + E2 (GES1) + ... + Ey (GES1)] x GWP 100 (GES1)
+
Impact GES2
[ E1 (GES2) + E2 (GES2) + ... + Ey (GES2)] x GWP 100 (GES2)
Impact total
+
= Kg CO2 -eq
+
Impact GESx
[ E1 (GESx) + E2(GESx) + ... + Ey (GESx)] x GWP 100 (GESx)
Figure 1. Illustration du calcul de l’impact sur le réchauffement climatique à
l’aide de la méthodologie ACV actuelle pour un horizon de temps de 100 ans.
GES1 à GESx représentent chacun des gaz à effet de serre identifiés par le
GIEC et E1 à Ey représentent les différentes sources d’émission.
4
Les valeurs de GWP ont été développées par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) et représentent le forçage radiatif
cumulatif causé par l’émission d’une unité de masse d’un GES sur un horizon
de temps donné, divisé par la même valeur calculée pour le CO2 (voir Équation 1).
TH
∫ ai [Ci (t)] dt
TH
AGWP
TH
i
0
(1)
GWPi =
TH = TH
AGWPCO2
∫ aCO2 CCO2 (t) dt
0
[
]
où AGWP est le potentiel de réchauffement global absolu, TH est l’horizon
de temps, i représente le gaz pour lequel le GWP est calculé, a est le forçage
radiatif€instantané par unité massique de gaz présent dans l’atmosphère et
C(t) est la charge massique atmosphérique en fonction du temps suivant une
émission ponctuelle.
Le calcul du GWP pour le méthane et le CO2 est présenté à titre d’exemple à
la Figure 2.
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GWP (kg CO2-eq/kg)
20 ans
100 ans
500 ans
CO2
1
1
1
Méthane
72
25
7,6
AGWP (W.yr.m-2.kg-1)
20 ans
100 ans
500 ans
CO2
2,47x10-14
8,69x10-14
2,86x10-13
Méthane
1,78x10-12
2,17x10-12
2,17x10-12
Figure 2. Le calcul du GWP pour le méthane est représenté par l’aire sous la
courbe du méthane entre zéro et l’horizon de temps choisi, divisée par l’aire
sous la courbe du CO2 pour le même horizon de temps (adapté de Levasseur
et al. 2010).
L’absence de considération pour les caractéristiques temporelles des
émissions de GES dans l’ACV traditionnelle entraîne deux problèmes:
1) une incohérence dans les cadres temporels
2) l’impossibilité d’évaluer l’effet de stocker temporairement du carbone
ou de repousser une émission de GES plus loin dans le temps.
Le premier problème est inhérent à l’utilisation de GWP pour un horizon de
temps fixe. En effet, choisir un horizon de temps de 100 ans pour les GWP
signifie que l’on ne considère que le forçage radiatif ayant lieu entre le moment de l’émission et les 100 années suivantes. Donc si l’on fait l’ACV d’un
bâtiment d’une durée de vie de 75 ans (voir Figure 3), l’impact des émissions
de GES causées par les activités de construction (an 1) sera évalué sur les 100
premières années, alors que l’impact des émissions de GES associées à la fin
de vie du bâtiment (an 75) sera évalué sur une période allant de 75 à 175 ans
suivant la construction. Si l’on compare les résultats d’ACV de deux produits
ou projets n’ayant pas exactement le même profil temporel, la période de
temps considérée pour le calcul de l’impact sur le réchauffement climatique
ne sera pas la même pour les deux systèmes. Afin d’être cohérent et de comparer les différents produits ou projets dans un même cadre temporel, il faudrait utiliser un horizon de temps variable pour l’évaluation des impacts de
chacune des émissions, qui commencerait au moment où a lieu l’émission et
se terminerait à la fin de l’horizon de temps choisi pour l’analyse.
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Horizon de temps choisi pour l’analyse
100 ans
Cycle de vie du bâtiment
75 ans
Impacts calculés avec GWP 100
Pour une émission au temps 0
100 ans
Pour une émission ayant lieu après 25 ans
100 ans
Pour une émission ayant lieu après 75 ans
100 ans
Figure 3. Illustration de l’incohérence temporelle lors de l’évaluation de l’impact sur le réchauffement climatique à l’aide de GWP pour un horizon de
temps fixe à partir du cas du cycle de vie d’un bâtiment à durée de vie de 75
ans (adapté de Levasseur et al. 2010)
Le deuxième problème est lié au fait que la distribution temporelle des émissions n’est pas du tout considérée dans le calcul de l’inventaire. Par exemple,
si l’on veut donner une valeur au fait de stocker temporairement du carbone
dans un objet en bois à longue durée de vie, l’ACV traditionnelle donnera
un résultat nul, puisque la quantité de carbone séquestrée par l’arbre sera
soustraite à la (même) quantité de carbone émise en fin de vie. Le stockage
temporaire du carbone n’a de valeur que si l’on fixe un certain horizon de
temps et que l’on évalue la quantité d’impact qui sera évité sur cette période
de temps en repoussant une émission, ce que l’ACV ne peut actuellement pas
faire.
1.2 La méthode ACV dynamique
L’ACV dynamique prend en compte la distribution temporelle des émissions
par un inventaire détaillé dans le temps. Autrement dit, on divise le cycle
de vie en périodes d’un an et on inscrit, pour chaque année et pour chaque
GES, la quantité émise. L’impact de cet inventaire est ensuite évalué à l’aide
de facteurs de caractérisation dynamiques (DCF) développés en intégrant de
façon continue dans le temps l’expression du forçage radiatif absolu (AGWP)
(voir Équation 2).
7
(2)
t
DCFi (t) ins tan tan é =
∫ a [C (t)] dt i
t −1
i
Cette équation permet de déterminer le forçage radiatif (W/m2.kg) présent
dans l’atmosphère t années suivant une émission de 1 kg du GES i. Ainsi, l’impact sur le forçage€radiatif (GWI) causé par les émissions du cycle de vie peut
être calculé à tout temps t en utilisant l’équation suivante où [gi]j est le résultat d’inventaire pour le GES i au temps j.
(3)
t
GWI(t) = ∑ GWIi (t) = ∑ ∑ [ gi ] j ⋅ [ DCFi ] t − j i
i
j =0
L’impact cumulatif sur le forçage radiatif peut ensuite être calculé au temps
t en additionnant l’impact instantané GWI des années précédentes.
€
La méthode ACV dynamique permet donc de calculer l’impact sur le forçage
radiatif des émissions de GES du cycle de vie en continu dans le temps, ce
qui permet d’analyser l’impact de différents scénarios où les caractéristiques
temporelles sont importantes comme le stockage temporaire de carbone,
la séquestration graduelle de carbone par la biomasse, le fait de repousser
des émissions de GES d’un certain nombre d’années, etc. De plus, les facteurs
de caractérisation dynamiques impliquent l’utilisation d’un horizon de temps
variable pour chaque émission afin de respecter le cadre temporel fixé pour
l’analyse, permettant ainsi une comparaison cohérente de différents systèmes.
Les résultats de l’évaluation des impacts sur le réchauffement climatique sont
très sensibles au choix de l’horizon de temps. Généralement, en ACV comme
dans d’autres méthodes de comptabilisation ou d’empreinte carbone, l’horizon de temps est choisi avant même la réalisation du calcul. L’ACV dynamique a l’avantage de fournir des résultats en fonction du temps et ainsi, de
permettre à l’analyste d’observer la variation du forçage radiatif ayant lieu
avant l’horizon de temps choisi, tout comme de tester la sensibilité des résultats au choix de l’horizon de temps.
La démarche, les avantages et inconvénients de la méthode, ainsi qu’un
exemple d’application ont été originalement publiés dans Environmental
Science & Technology (Levasseur et al. 2010) : http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/
es9030003.
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2. L’outil de calcul ACV dynamique
pour le réchauffement climatique
Un outil de calcul (chiffrier Excel) a été développé afin de faciliter l’utilisation
de la méthode ACV dynamique pour le réchauffement climatique. Toutes les
cellules, mises à part celles où l’utilisateur doit entrer des données, sont protégées et ne peuvent donc pas être modifiées. Par contre, le fichier est transparent et le contenu de chaque cellule est visible. De plus, il est possible pour
l’utilisateur de copier les résultats et de les coller dans un autre fichier Excel.
L’onglet « Instructions » donne les directives de base pour faire fonctionner
l’outil. Il est important de régler l’option de calcul d’Excel en mode manuel dès
l’ouverture du fichier afin d’éviter que celui-ci ne recalcule chaque fois qu’une
donnée est entrée.
Les seules données que l’utilisateur doit entrer dans le fichier sont les données d’inventaire dynamique (onglet « Inventaire »). Il faut entrer les émissions
en kilogrammes pour chaque GES, pour chaque année du cycle de vie. Les gaz
peuvent avoir différents noms, représentant tous la même molécule. La ligne 1
contient les noms tel qu’apparaissant dans le rapport du GIEC au tableau 2.14
(Forster et al. 2007). Lorsqu’un autre nom est couramment utilisé, il est inscrit
à la ligne 2.
Pour bâtir un inventaire dynamique, en plus des frontières du système qui
définissent quels processus seront pris en compte dans l’ACV, il faut établir
les frontières temporelles. Il faut tout d’abord fixer le temps zéro, c’est-à-dire
le moment où a lieu la première émission du cycle de vie. Ensuite, il faut
déterminer à quel moment a lieu chaque processus par rapport à ce temps
zéro. Comme l’échelle de temps est divisée en années, il faut donc déterminer
combien d’années après l’émission initiale a lieu chaque processus du cycle
de vie et entrer toutes les émissions de GES liées à ce processus à la ligne correspondant à cette année. Il faut entrer toutes les émissions, qu’elles soient
d’origine fossile ou biogénique. Les quantités de CO2 séquestrées par la biomasse sont entrées comme des émissions négatives. Lorsqu’aucune émission
d’un GES donné n’a lieu pour une année donnée, il faut inscrire « 0 » dans la
cellule appropriée.
La Figure 4 présente un exemple d’inventaire dynamique simplifié pour le
cycle de vie d’un bâtiment. De plus, la section 3 de ce document présente un
exemple complet d’application de l’ACV dynamique à l’aide de cet outil, incluant l’élaboration de l’inventaire dynamique.
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Frontières temporelles:
La construction a lieu à l’an 1;
Les émissions liées au chauffage sont réparties sur 75 ans;
La démolition a lieu à l’an 75.
Données d’inventaire (par bâtiment)
Construction
Chauffage
Démolition
CO2 (kg)
50 000
800 000
1000
CH4 (kg)
100
1 500
1
N2O (kg)
2
25
0,001
Inventaire dynamique
CO2 (Kg)
CH4
N2O (Kg)
An 1
50 000 +
800 000/75
100 +
1 500/75
2+
25/75
An 2 à 74
800 000/75
1 500/75
25/75
An 75 à 100
1 000 +
800 000/75
1+
1 500/75
0,001 +
25/75
Figure 4. Construction d’un inventaire dynamique pour le cycle de vie simplifié
(trois processus agrégés, trois GES) d’un bâtiment d’une durée de vie de 75
ans.
Une fois l’inventaire dynamique entré, il faut cliquer sur le bouton « Calcul »
situé dans l’onglet « Résultats ». Il est normal que le calcul prenne un peu de
temps (jusqu’à quelques minutes). Trois types de résultats sont générés par
l’outil, présentés numériquement et graphiquement dans l’onglet « Résultats ».
L’impact instantané représente le forçage radiatif causé par les émissions de
GES du cycle de vie calculé à tout moment suivant le temps zéro, c’est-à-dire
le moment où a lieu la première émission. Une valeur positive indique que le
forçage radiatif à ce moment est supérieur à ce qu’il aurait été sans les émissions du cycle de vie à l’étude.
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Une valeur négative indique le contraire, c’est-à-dire que le cycle de vie a un
impact bénéfique sur le réchauffement climatique en diminuant le forçage
radiatif. L’impact instantané permet de voir les variations du forçage radiatif
dans le temps, ce qui n’est pas possible avec l’utilisation des GWP.
L’impact cumulatif représente la somme des impacts instantanés du moment
zéro jusqu’au temps t. Autrement dit, c’est la quantité totale de forçage radiatif supplémentaire causé par les émissions de GES depuis le début du cycle
de vie. L’impact cumulatif permet de comparer des scénarios entre eux, à savoir lequel a un impact plus important sur le forçage radiatif pour un horizon
de temps donné.
Finalement, l’impact relatif (en kg CO2-eq) représente le ratio entre l’impact
cumulatif du cycle de vie et l’impact cumulatif d’une émission ponctuelle de
1 kg de CO2 ayant lieu au moment zéro. L’impact relatif exprime donc le résultat de l’ACV dynamique de la même façon que l’ACV traditionnelle, c’est-àdire relativement à une émission de 1 kg de CO2, mais tout en tenant compte
de la distribution temporelle des émissions, ce que ne permet pas l’utilisation
des GWP.
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3. Exemple d’application
Projet de reboisement pour compenser
les émissions de GES d’un voyage en avion
L’exemple hypothétique suivant montre comment utiliser l’outil de calcul
pour réaliser une ACV dynamique pour le réchauffement climatique.
L’objectif de cette ACV est d’évaluer l’impact d’un projet de compensation d’émissions de GES par reboisement.
Pour compenser une émission d’une tonne de CO2 causée par un transport en avion, un voyageur choisit d’investir une certaine somme d’argent dans un projet de reboisement. Des arbres sont immédiatement
plantés et crôitront pendant 50 ans, au bout desquels ils auront séquestré une tonne de CO2 de l’atmosphère. Pour déterminer la dynamique
de séquestration du carbone, on pose l’hypothèse que les arbres absorbent le CO2 à un rythme égal pendant toute leur vie (ce qui n’est pas le
cas en réalité). Une ACV a été réalisée sur les activités de reboisement
(préparation des semis, transport, plantation, etc.) et les résultats pour
les trois principaux GES, à l’échelle du nombre d’arbres à planter pour
compenser une tonne de CO2, sont les suivants : 3 kg CO2, 0,04 kg CH4
et 0,001 kg N2O. Finalement, on pose l’hypothèse qu’au bout de 50 ans,
il n’y a plus aucun flux de carbone entre les arbres et l’atmosphère (ni
séquestration, ni émission) et que les arbres perdurent (aucun feu de
forêt, aucune exploitation du bois).
Il faut d’abord établir les frontières temporelles du système. Le temps
zéro est le moment où a lieu l’émission de CO2 causée par le voyage en
avion. Les émissions reliées aux activités de reboisement ont lieu à l’an
1. La quantité de CO2 séquestré par les arbres est répartie également
sur 50 ans à raison de 20 kg par année. Le Tableau 1 montre l’inventaire
dynamique à entrer dans l’outil de calcul.
12
Tableau 1. Inventaire dynamique de l’exemple du projet de reboisement
pour compenser une émission d’une tonne de CO2 causée par un voyage
en avion.
CO2 (kg)
CH4 (kg)
N2O (kg)
An 1
1000 + 3 – 20 = 983
0,04
0,001
An 2 à 50
-20
0
0
An 50 et +
0
0
0
Les graphiques de la Figure 5 montrent les résultats obtenus par l’outil
de calcul à partir de l’inventaire dynamique du Tableau 1.
a)
13
b)
c)
Figure 5. Résultats obtenus à l’aide de l’outil de calcul ACV dynamique
pour l’exemple du projet de reboisement pour compenser une émission
d’une tonne de CO2 causée par un voyage en avion.
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Aux fins de comparaison, une ACV traditionnelle est réalisée (voir Figure
1) sur l’inventaire dynamique présenté au Tableau 1 pour un horizon de
100 ans. Pour ce faire, on additionne les résultats de la somme des émissions de chaque GES (3 kg de CO2, 0,04 kg de CH4 et 0,001 kg de N2O)
multipliée par le GWP100 correspondant (respectivement 1, 25 et 298 kg CO2-eq/
kg), ce qui donne un impact sur le réchauffement climatique de 4,3 kg CO2-eq.
Puisque la quantité de CO2 séquestré par les arbres est identique à
l’émission à compenser, soit 1 tonne, le résultat de l’ACV traditionnelle
se résume en l’impact des émissions des activités de reboisement. Par
contre, comme la séquestration de la tonne de CO2 se fait graduellement sur une période de 50 ans, alors que l’émission causée par le
voyage en avion a lieu au temps zéro, l’impact sur le forçage radiatif
pour les premières décennies est important, avant de finalement tendre
vers zéro, tel que le montre le résultat d’impact instantané (Figure 5a).
L’impact relatif (Figure 5c) permet de comparer les résultats de l’ACV traditionnelle à ceux de l’ACV dynamique. On voit que l’horizon de temps
doit être de plusieurs centaines d’années avant que l’impact en kg CO2eq de ce projet ne devienne comparable à l’impact obtenu avec l’ACV
traditionnelle.
Cet exemple démontre bien les avantages de l’utilisation de l’approche
ACV dynamique. Comme les résultats sont obtenus en fonction du temps,
on peut aisément analyser l’impact du choix d’un horizon de temps lors
de l’analyse des résultats. De plus, c’est une approche très flexible. En
effet, on peut modéliser tout type de produit ou de projet en considérant toutes les émissions du cycle de vie et en tenant compte de façon
rigoureuse et cohérente des aspects temporels du système étudié.
4. Références
Forster, P. et al. (2007). Changes in Atmospheric Constituents and in
Radiative Forcing. In S. Solomon et al. (Ed.), Climate Change 2007: The
Physical Science Basic. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (pp.
129-234). Cambridge, United Kingdom and New-York, NY, USA: Cambridge
University Press.
Levasseur, A., Lesage, P., Margni, M., Deschênes, L., & Samson, R. (2010).
Considering time in LCA: dynamic LCA and its application to global warming impact assessments. Environmental Science & Technology, 44(8),
3169-3174.
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INFORMATION
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