Opérationnaliser l’analyse du cycle de vie par l’approche multicritère d’aide à la décision : la modélisation de la subjectivité de l’être humain

RÉSUMÉ : La durabilité est un concept de plus en plus important qui oriente les stratégies au niveau des politiques publiques et des compagnies. Toutefois, la manière d’opérationnaliser de façon réaliste ce concept reste un défi. La prise de décision dans un contexte de durabilité repose sur la manière d’évaluer la performance environnementale, sociale et économique et aussi sur la façon de présenter les résultats aux décideurs dans le but de promouvoir des choix durables. L’analyse de la durabilité du cycle de vie (AdCV) des produits est une source d’information holistique pour appuyer les processus de prise de décision en vue d’une production et d’une consommation durables. Par contre, l’usage de ce genre de résultat dans la prise de décision en milieu organisationnel n’est pas évident à cause de trois caractéristiques intrinsèques à ce genre de mesure : (i) les indicateurs sont multidimensionnels (chaque indicateur est exprimé en unités différentes), (ii) les objectifs sont contradictoires dans la plupart des problèmes décisionnels (il est impossible de maximiser les performances de tous les indicateurs) et (iii) il existe une incertitude associée à l’évaluation de la performance. De plus, l’utilisation de l’AdCV dans le processus décisionnel dépend aussi de l’amélioration des méthodes d’analyse de cycle de vie, en particulier pour AcCV (Analyse du coût du cycle de vie) et AsCV (Analyse sociale du cycle de vie), en raison de l’absence de normes internationales, malgré les lignes directives proposées par l’UNEP/SETAC (United Nations Environment Program/Society of Environmental Toxicology and Chemistry. Cette thèse vise donc à promouvoir l’opérationnalisation du concept de durabilité dans les processus décisionnels en milieu organisationnel par : (i) l’amélioration de la robustesse des méthodes AsCV par la traduction des performances qualitatives en mesures quantitatives et (ii) l’intégration des résultats d’AdCV dans la prise de décision à l’aide d’outils multicritères d’aide à la décision. D’une part, les études d’AsCV sont souvent qualitatives et ne tiennent pas compte de l’incertitude dans l’évaluation. À cause de cette limitation, ce genre de résultat est très peu utilisé comme donnée d’entrée dans les modèles décisionnels dans le contexte des affaires. Dans cette direction, nous proposons une méthode d’évaluation des performances sociales plus pertinente, qui tient compte des particularités de chaque indicateur à partir des fonctions de valeur customisées pour chaque sous-critère considéré dans le volet social. Ces fonctions sont définies à partir de jugements de valeur d’un groupe d’experts de manière à traduire les évaluations qualitatives dans un score de performance sociale quantitative. Une méthode de pondération est également proposée pour agréger les indicateurs dans chaque dimension sociale évaluée (dimension sociale évaluée = partie prenante impactée par le système de produits). Les échelles de traductions obtenues à partir du processus d’élicitation des points de vue des participants du groupe d’experts ne suivirent pas le comportement linéaire pour la plupart des indicateurs et sont distinctes entre les différents indicateurs, ce qui met en évidence un problème avec la méthode actuelle utilisée lors de la quantification d’analyse sociale du cycle de vie. Le fait de tenir compte des jugements de valeur des experts dans l’évaluation de la performance sociale d’un système de produit apporte des incertitudes liées aux jugements de valeur des gens, qui sont basés sur leurs expériences, convictions, histoire de vie, entre autres variables subjectives. Ces jugements peuvent donc changer beaucoup. Nous avons surmonté cette limitation en développant une approche stochastique incluant le choix de valeurs dans l’évaluation des impacts sociaux potentiels. L’inclusion de ce type d’incertitude permet une évaluation plus robuste à partir de la présentation au décideur du niveau de confiance des performances d’AsCV, c’est-à-dire la probabilité qu’un système de produit soit classé en premier (présentant les meilleurs résultats agrégés) pour chaque partie prenante en considérant l’imprécision et la variabilité des jugements de valeur des gens. Donc, notre étude permet de vaincre la limite associée à la faible capacité d’une approche déterministe de capturer la subjectivité de l’être humain au moment de l’évaluation des impacts sociaux. D’autre part, la prise de décision à partir d’études d’AdCV est limitée aux performances AdCV déterministes et aux choix aléatoires des méthodes d’agrégation. Dans cette direction, nous proposons l’intégration des performances environnementales, sociales et économiques à partir d’outils d’aide à la décision de manière à favoriser l’usage des résultats de l’AdCV dans le milieu organisationnel. L’intégration des résultats est basée sur l’importance accordée aux critères environnementaux, sociaux et économiques établis par les décideurs. Nous avons testé quatre modèles d’aide à la décision pour observer la robustesse des solutions proposées dans ces différentes approches. L’application de ce développement méthodologique permet d’obtenir le niveau de confiance des classements complets des systèmes de produits, en considérant les trois dimensions de la durabilité (et ses différents indicateurs) en même temps, à partir de l’incorporation de l’incertitude des performances de l’AdCV au sein des modèles multicritères d’aide à la décision. Il est important de remarquer que notre approche n’est pas une phase d’analyse du cycle de vie, mais une étape supplémentaire d’agrégation des performances dans le but de faciliter la compréhension et l’emploi de la riche source d’informations produite par les études d’AdCV comme les données d’entrée dans un processus décisionnel. En répondant aux objectifs de la recherche, ce projet a permis de franchir les limites de la quantification et de l’agrégation de l’analyse sociale du cycle de vie et de leur intégration avec les résultats d’analyse environnementale et des couts du cycle dans une analyse globale de durabilité du cycle pour appuyer le processus de prise de décision.----------ABSTRACT : Sustainability concept drives the strategies at the level of public policies and companies. However, it remains a challenge how to operationalize this concept faithfully. Decision-making based on sustainability performances is based on the method considered to assess environmental, social and economic performances and how to present results to decision-makers in order to promote sustainable choices. Life Cycle Sustainability Assessment (LCSA) of products is a holistic source of information to support decision-making processes for sustainable production and consumption. However, the use of this type of result in companies’ decision-making is not obvious because of three intrinsic characteristics: (i) the AdCV indicators are multidimensional (each indicator is expressed in different units), (ii) the objectives are contradictory in majority of decision-making problems (it is impossible to maximize performance across all indicators) and (iii) there is uncertainty associated with performance evaluation. In addition, LCSA use in the decisionmaking process also depends on improved life-cycle methods, particularly for LCC and SLCA, due to the lack of internationally standardized processes for both, despite the guidelines proposed by UNEP / SETAC. This thesis debates two research questions in order to integrate LCSA results in companies’ decision-making: (i) implementation of improvements in SLCA methods (translation of qualitative performances into quantitative measures) and (ii) integration of LCSA results into decision-making using support decision-making tools. Considering the social dimension, SLCA studies are often qualitative and don’t address the uncertainty associated to the value judgment of people. It limits the use of this kind of performances as input of decision-making models in the business context. We propose a method to obtain a more accurate social performance that takes into account the peculiarities of each indicator by the use of customized value functions for each sub-criterion considered in the social dimension. These functions are defined from the value judgment of a group of experts in order to translate the qualitative evaluations into a quantitative social performance score. A weighting method was also proposed to aggregate the indicators within each evaluated social dimension (social dimension evaluated = stakeholder in the context of SLCA studies). The translation scales obtained from the elicitation process did not follow the linear behavior for most of the indicators and are distinct among different indicators, highlighting the problem with the current method used when quantifying the social performances through life cycle approach. Taking into account the value judgment of experts when assessing social performance of product systems introduces uncertainties related to people's value judgment (based on their experiences, convictions, life history among others subjective variables). These judgments can therefore vary a lot. We overcome this limitation by developing a stochastic approach including uncertainty in assessing potential social impacts. The inclusion of this type of uncertainty allows a more accurate assessment. It allows presenting to decision-maker about the confidence level of SLCA performance, i.e. the probability that a product system is ranked first (product system presenting the best aggregated result) for each stakeholder dimension considering the variability of people's value judgments. Thus, our study allows surpassing the limit associated with the low capacity of a deterministic approach to capture subjectivity of human being when assessing social impacts. On the other hand, decision-making based on LCSA studies is limited to deterministic performances and random aggregation method choice. We integrate environmental, social and economic performance into decision-making by MCDA techniques in order to promote the use of LCSA results. We tested four MCDA models to observe the robustness of the solutions proposed by them. The application of this methodological development makes possible obtaining the rankings’ confidence levels, considering the three dimensions of sustainability (and its various indicators) at the same time, the LCSA performance uncertainty by multiple criteria decision analysis models. Our approach promotes sustainable decisions. It is important to note that this step is not part of the LCA approach but is considered an additional phase to facilitate the understanding and the use of the rich source of information generated by LCSA studies as input data into a decisionmaking process. In responding to the research objective, this project allowed overcome limits on quantification and aggregation in life-cycle social analysis and its integration with environmental and economic life cycle sustainability analysis in order to support decision-making processes

Comportement dynamique des ponts à platelage d'aluminium extrudé sous l'effet des surcharges routières

L’aluminium est le matériau tout désigné pour les donneurs d’ouvrage étant à la recherche de matériaux plus durables pour les ponts routiers. Alliant un excellent ratio résistance/poids à une excellente résistance naturelle à la corrosion, son utilisation sous la forme d’un platelage extrudé connecté à des poutres d’acier assure une structure plus légère et requérant beaucoup moins d’entretien que les structures traditionnelles. Toutefois, la légèreté de l’aluminium, qui est un avantage important lors de la conception de la structure sous-jacente ainsi que lors de la construction, peut se révéler être un défi important d’un point de vue dynamique, en raison des fréquences de vibration qu’elle produit. Considérant que le code canadien sur le calcul des ponts routiers prescrit l’utilisation d’un coefficient de majoration dynamique (CMD) pour prendre en compte les effets dynamiques lors de la conception, et que la valeur de ce coefficient est basée sur le comportement dynamique des ponts traditionnels, des interrogations sont soulevées quant à l’applicabilité de ce coefficient pour des ponts à platelage d’aluminium, ayant un comportement dynamique différent. Afin de répondre à ces questions, des modèles dynamiques simplifiés permettant de représenter deux camions canadiens actuels, le CL-625 et le train double B, ont été développés et implémentés dans Abaqus. Par la suite, ces modèles furent utilisés afin de réaliser plusieurs séries d’analyses dynamiques, cherchant à évaluer l’impact sur la réponse du pont de divers paramètres et comparer les résultats obtenus aux valeurs prescrites. Les résultats obtenus dans cette étude, qui se veut le point de départ de l’analyse du comportement dynamique des ponts à platelage d’aluminium, semblent indiquer qu’en dépit d’un comportement dynamique différent, les valeurs de CMD prescrites par le code canadien sont sécuritaires pour des ponts à platelage d’aluminium. Toutefois, de nombreuses autres études seront nécessaires avant d’émettre des recommandations finales.Aluminium is a material of choice for any highway bridge owners looking for more durable materials. Combining an excellent strength to weight ratio with an excellent corrosion resistance, an extruded aluminium deck connected to steel girders provides a lighter structure and requires less maintenance than the usual materials, such as steel or concrete. However, the aluminium’s lightweight, which is a huge advantage for the foundations design as well as for the construction, can become a concern when the bridge’s dynamic behavior is considered, due to its higher vibration frequencies. Considering that the Canadian Highway Bridge Design Code prescribes the use of a dynamic load allowance (DLA) factor to account for the dynamic effects of the traffic loads on the bridge, and that the values prescribed are based on the dynamic behavior of traditional bridges, some doubts arose about the applicability of this coefficient to aluminium deck bridges, which are expected to have a different dynamic behavior. To validate these speculations, simplified dynamic models were developed to replicate the dynamic behavior of two Canadian trucks, the CL-625 and the train double B. These models were then implemented in Abaqus and used in a series of dynamic analysis investigating the effect on the bridge response of different parameters, both from the truck and the bridge. Results have shown that, despite having a different dynamic behavior, the dynamic amplifications observed on aluminium deck bridges were always lower than the DLA values prescribed by the Canadian code, indicating that, for the situations studied, those values are safe to use. However, further studies will be required before any final conclusions can be made about the applicability of the DLA values in their current state

Amélioration de la conception de systèmes de pompes à chaleur géothermiques

RÉSUMÉ Les systèmes de pompes à chaleur géothermiques ont le potentiel de réduire la consommation énergétique des bâtiments ainsi que les émissions de gaz à effet de serre. Cependant, ces systèmes peuvent nécessiter un investissement initial plus important par rapport à des équipements de chauffage et de climatisation plus communs. Ils sont également complexes à concevoir et à simuler. Ce travail vise donc à améliorer la conception des systèmes géothermiques et à mieux comprendre leur fonctionnement afin de les dimensionner selon leur comportement réel et de prédire précisément leur consommation énergétique. Les circulateurs sont d’abord étudiés. L’étude présente des corrélations permettant de prédire leur rendement en fonction de la puissance hydraulique à fournir. Il ressort de cette étude que les circulateurs récents ont des rendements environ deux fois plus élevés que les anciens circulateurs. L’inclusion de la capacité thermique du fluide et du coulis a un impact notable sur le dimensionnement des puits géothermiques. En effet, les résultats de simulations utilisant un modèle de puits de type Thermal Resistance and Capacitance (TRC) indiquent que les longueurs de puits requises peuvent être sous-estimées jusqu’à 31% ou surestimées jusqu’à 24% par rapport à l’équation de dimensionnement de l’ASHRAE, qui néglige la capacité thermique des puits. Les antigels utilisés dans les puits affectent également les performances d'un système géothermique. La puissance de pompage, l'échange thermique dans les puits, la transition laminaire-turbulent et la capacité d'une thermopompe sont fonction du type et de la concentration d’antigel utilisé. Des simulations utilisant différents types d’antigel ont démontré que le méthanol est l'antigel le moins pénalisant et qu’un faible débit de 0.027 L/s-kW (1.5 usgpm/tonne) est à favoriser par rapport au débit courant de 0.054 L/s-kW (3 usgpm/tonne). Les faibles débits engendrent un écoulement laminaire occasionnel dans les puits, ce qui entraîne une baisse du transfert de chaleur. Cependant, cette baisse est compensée par une puissance de pompage plus faible. Finalement, un nouvel outil de simulation servant à évaluer la consommation énergétique des systèmes géothermiques à un ou deux tuyaux est proposé. Des études de cas ont démontré qu'un réseau à un tuyau nécessite jusqu'à 36% moins d’énergie de pompage qu’un réseau à deux tuyaux. Cependant, il consomme globalement jusqu'à 5% plus d'énergie à cause des températures d’entrée défavorables aux pompes à chaleur.----------ABSTRACT Geothermal heat pump systems have the potential to reduce building energy consumption and greenhouse gas emissions. However, these systems may require a larger initial investment compared to more common heating and cooling equipment. They are also complex to design and simulate. This work aims to improve the design of geothermal systems and to better understand their operation to size them according to their real behavior and to predict precisely their energy consumption. Circulators are studied first. The study presents correlations allowing an estimation of their efficiency as a function of the hydraulic power. It was found that the efficiency of recent circulators is about twice as high as those found in older circulators. Accounting for the fluid and grout thermal capacity has a significant impact on the sizing of geothermal boreholes. Simulation results using a Thermal Resistance and Capacitance (TRC) model indicate that the required borehole lengths may be underestimated by up to 31% or overestimated by up to 24% when compared to ASHRAE sizing equation, which neglects borehole thermal capacity. The antifreeze used in boreholes also affects the performance of a geothermal system. Pumping power, borehole heat transfer, laminar-turbulent transition and heat pump capacity depend on the chosen antifreeze type and concentration. Simulations using different types of antifreeze show that methanol is the least penalizing antifreeze and that a low flow rate of 0.027 L/s-kW (1.5 usgpm/ton) should be favored over the common flow rate of 0.054 L/s-kW (3 usgpm/ton). Low flows cause occasional laminar flow in boreholes, decreasing heat transfer. However, this reduction is offset by a lower pumping power. Finally, a new simulation tool for estimating the energy consumption of one- and two-pipe geothermal systems is proposed. Case studies have shown that a one-pipe network requires up to 36% less pumping energy than a two-pipe system. However, it presents an overall energy consumption up to 5% higher due to unfavorable heat pump inlet temperatures

Les méthodes d'évaluation du bâtiment et du cadre bâti durable

Les méthodes d'évaluation du développement durable dans le cadre bâti visent entre autres le bâtiment, ses composantes et le quartier. Elles évaluent ces systèmes au regard de principes environnementaux et du développement durable et permettent aux concepteurs, aménageurs et autres acteurs d'intervenir de manière durable dans le cadre bâti. Ce document explore les méthodes d'évaluation du développement durable et en particulier celles qui visent les bâtiments, dont la popularité croissante se traduit par leur influence considérable sur le bâtiment durable et le milieu de la construction. Il vise à améliorer l'évaluation du bâtiment durable en explorant sa mécanique, en extrayant ses axes constitutifs et en présentant ses pistes d'évolution

Performance structurelle de voussoirs de tunnel préfabriqués en béton armé d’armatures en PRFV sous charge de flexion

Abstract: In underground tunnels made using tunnel boring machine (TBM), the lining is constituted of precast concrete tunnel linings (PCTL) segments. Such PCTL are subjected to corrosive environment especially where they are exposed to wastewater or aggressive soil. Rehabilitation or renovation of corroded reinforced concrete (RC) tunnel segments is accompanied by problems such as very high cost, difficulty and serviceability interruption. An alternative approach to deal with corrosion problem in conventional RC tunnel segments is the use of glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bars as a substitution of conventional steel reinforcement. Application of GFRP bars in tunnel segments requires a comprehensive research program for experimental, and analytical investigation of GFRP-reinforced PCTL segments. In this project, novel PCTL segments were tested under three-point bending load. Different parameters of longitudinal reinforcement ratio, size and spacing, configuration of transverse reinforcement (closed stirrups and U-shape stirrups) and type of concrete (normal-strength, high-strength and fiber-reinforced concretes) were considered in the experimental program. In order to achieve the objectives of the experimental phase, a total of 12 full-scale tunnel segments were tested. The segments had parallelogram shape with the arc length of 3100 mm, width of 1500 mm and thickness of 250 mm. The experimental results were evaluated through cracking behavior, failure mechanism, load carrying capacity, serviceability, load-deflection behavior, strain analysis, ductility, and deformability. The experimental program was followed by analytical investigation to evaluate existing models and propose new models to predict flexural strength, shear strength, crack width, deflection and interaction diagrams. In addition, newly developed models were provided to consider the effect of curvilinear shape of a segment on its flexural and shear strength. According to the test results, GFRP-reinforced PCTL segments showed satisfactory failure mechanism, cracking behavior, deflection behavior, and deformability. The structural performance can be further improved by using high strength concrete and fiber-reinforced concrete. Increasing the reinforcement ratio improved the post-cracking stiffness, cracking behavior, flexural strength, and shear strength while changing the mode in some cases. The overall structural performance of GFRP-reinforced PCTL segments with closed ties and U-shaped ties was similar. Finally, the developed analytical models showed a good agreement with the experimental results.Dans les tunnels souterrains réalisés à l’aide de tunnelier (TBM), le revêtement est constitué de voussoirs de revêtement de tunnels en béton préfabriqué (RTBP). Ces RTBP sont soumis à un environnement corrosif, en particulier lorsqu'ils sont exposés aux eaux usées ou au sol agressif. La réhabilitation ou la réparation des voussoirs de tunnels en béton armé corrodés s'accompagne de problèmes tels que des coûts très élevés, des difficultés et des interruptions de service. Une approche alternative pour traiter le problème de corrosion dans les voussoirs de tunnels en béton armé (BA) conventionnels est l'utilisation de barres d’armature en polymère renforcées de fibres de verre (PRFV) en remplacement de l’armature en acier conventionnelle. L'application de barres PRFV dans des voussoirs de tunnels nécessite un programme de recherche complet pour une étude expérimentale, analytique et théorique sur des voussoirs de revêtement de tunnels en béton armé de PRFV. Dans ce projet, de nouveaux voussoirs de revêtement de tunnels en béton préfabriqué ont été testés sous une charge de flexion en trois points. Différents paramètres tels que le taux d'armature longitudinale, le diamètre et l'espacement des barres, la configuration d'armature transversale (étriers fermés et étriers en U) et le type de béton (béton normal, béton à haute résistance et béton fibré) ont été pris en compte dans le programme expérimental. Un total de 12 voussoirs de revêtement de tunnels en béton préfabriqué (RTBP) grandeur nature ont été testés. Les voussoirs avaient une forme de parallélogramme avec une longueur d'arc de 3100 mm, une largeur de 1500 mm et une épaisseur de 250 mm. Les résultats expérimentaux ont été examinés à travers le comportement de fissuration, le mode de rupture, la charge de rupture, les états limites de service, le comportement charge-déformation, la ductilité et la déformabilité. Des études analytiques ont été menées pour évaluer les modèles existants et proposer de nouveaux modèles pour prédire la résistance à la flexion, la résistance à l’effort tranchant, la largeur des fissures, la déflexion et le diagramme d'interaction charge-moment. De plus, des modèles nouvellement développés ont été mis au point pour considérer l'effet de la forme curviligne du voussoir de tunnel sur sa résistance à la flexion et à l’effort tranchant. Les résultats des essais ont montré que les voussoirs de revêtement de tunnels en béton préfabriqué (RTBP) armés de PRFV présentent de bonnes caractéristiques en termes de mécanisme de rupture, de comportement à la fissuration, de comportement en déflexion et de déformabilité. Ces performances peuvent être encore améliorées en utilisant du béton à haute résistance ou du béton fibré. L'augmentation du taux d’armature a amélioré la rigidité post-fissuration, le comportement à la fissuration, la résistance à la flexion et la résistance à l’effort tranchant. La performance structurelle globale des voussoirs de revêtement de tunnels en béton préfabriqué (RTBP) armé de PRFV avec des étriers fermés ou des étriers en forme de U était similaire. Enfin, les modèles analytiques développés ont montré une bonne concordance avec les résultats expérimentaux

Gestion du cycle de vie et changement stratégique : vers une démarche de mise en œuvre dans le cas d'une société publique du secteur de l'énergie au Burkina Faso

Plusieurs outils ont été développés et sont utilisés en entreprise pour une gestion durable (UNEP, 2004, 2005, 2006). La littérature s'attarde plus sur le développement d'outils et sur les finalités de ces derniers que sur la démarche d'opérationnalisation. Les cheminements, voire les démarches à suivre, pour y arriver sont très peu explorés. Quelle démarche de mise en œuvre pour mobiliser ces outils dans la stratégie de l'entreprise dans le cas d'un pays en voie de développement? Comment apprivoiser l'aspect culturel de l'organisation pour qu'il ne devienne pas un obstacle au changement? Nous avons réalisé une étude de cas dans une entreprise publique du secteur du pétrole au Burkina Faso. Sa mission est d'assurer la sécurité énergétique du pays. Elle a le monopole de l'importation, du stockage et de la distribution des produits pétroliers. L'objectif de l'étude est de comprendre en profondeur sa culture organisationnelle et de déterminer une démarche de mise en œuvre de la gestion du cycle de vie qui tient compte de cette culture. Nous avons mené des entrevues avec une douzaine de participants membres du comité de direction de l'entreprise et analysé les documents (lois, règlements et textes institutionnels) applicables à l'entreprise. Nos travaux révèlent une culture exécutive, bureaucrate, de type loyauté réciproque et avec une grande distance hiérarchique et une peur à l'incertitude issue de la culture nationale dans laquelle la standardisation des objectifs et des compétences assure une adhésion des parties prenantes. Sa culture est aussi influencée par le cadre institutionnel au niveau national. Cette culture est caractéristique de l'administration de l'Afrique de l'Ouest. Il y a peu d'initiatives en cours que l'on peut raccrocher à la gestion du cycle de vie. Au plan national, la position de monopole de l'entreprise lui confère cependant une capacité d'influence sur les autres parties de sa chaine de valeur. De plus, l'étude nous fournit les éléments qui nous ont permis d'élaborer une démarche de mise en œuvre de la gestion du cycle de vie en sept étapes en standardisant les objectifs et les compétences. Sur le plan managérial, cette démarche devrait permettre aux décideurs d'amorcer un changement par l'adoption d'une démarche de gestion du cycle de vie.\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : gestion du cycle de vie, pensée du cycle de vie, développement durable, la culture organisationnelle, la gestion du changement, la stratégie d'entreprise, démarche

L’éco-efficience revisitée pour améliorer la durabilité de l’industrie laitière : Étude de cas sur l’utilisation optimale des constituants du lait dans la production du yogourt grec au Québec

RÉSUMÉ : Notre système alimentaire exerce une pression grandissante sur l’environnement et menace à la fois la santé humaine et la stabilité du système planétaire. Face à l’urgence climatique et l’état de dégradation alarmant des services écosystémiques, il convient de modifier rapidement nos modes de production et nos comportements alimentaires. La consommation croissante de produits d’origine animale ainsi que les pertes et le gaspillage alimentaire sont des causes importantes de cette dégradation. Les grandes qualités nutritionnelles des produits laitiers contribuent à la sécurité alimentaire des populations, mais ces produits ont une empreinte environnementale élevée. En outre, la demande grandissante pour des produits laitiers transformés, riches en matière grasse ou, dans une moindre mesure en protéines, nécessite d’augmenter la production du lait et génère des volumes importants de sous-produits (poudre de lait écrémé, lactosérum, etc.) qui ont peu ou pas de valeur ajoutée dans les conditions actuelles de marché. Ce déséquilibre dans l’utilisation des constituants du lait est une source d’inefficacité du système, mais constitue aussi une opportunité pour réduire l’empreinte environnementale globale de la filière. La question générale qui se pose d’un point de vue de durabilité, est de savoir comment optimiser l’utilisation des constituants du lait afin d’en réduire l’empreinte environnementale tout en permettant à la population de bénéficier de ses avantages nutritionnels. Ce projet vise à contribuer à répondre à cette question en s’intéressant plus spécifiquement au cas du yogourt grec (YG), un produit très apprécié pour sa haute teneur en protéines, sa faible teneur en matière grasse et son onctuosité, qui a connu une très forte croissance dans les dernières années. Son mode de production requiert en moyenne trois fois plus de lait qu’un yogourt régulier et génère environ deux kilos de lactosérum acide pour chaque kilo de YG produit. Récemment, les industriels laitiers ont développé de nouvelles technologies pour réduire la quantité de lactosérum ou faciliter sa valorisation. Ce projet a pour but de déterminer quelle(s) technologie(s) présente(nt) les meilleurs compromis pour optimiser l’utilisation des constituants du lait des systèmes de YG sous l’angle de l’éco-efficience. Le concept d’éco-efficience qui vise à réduire les impacts environnementaux d’un système tout en en augmentant sa valeur est très utilisé dans les programmes d’efficacité énergétique. Il est revisité dans cette thèse afin d’en améliorer l’efficacité d’un point de vue de développement durable. Dans cette perspective, le principal objectif de cette recherche est de développer un cadre d’analyse d’éco-efficience basé sur l’approche cycle de vie qui permette aux transformateurs de YG au Québec d’identifier des scénarios d’utilisation optimale des constituants du lait en prenant en compte les aspects fonctionnels, socio-économiques et environnementaux de ces systèmes de produit sur l’ensemble de leur chaîne de valeur. Onze systèmes multifonctionnels de YG ont ainsi été étudiés. Pour la même quantité de yogourt produit, ces systèmes délivrent différentes quantités de co-produit (crème) et sous-produit (lactosérum) aux propriétés, fonctions et valeur économique variées. La réalisation d’une première analyse du cycle de vie attributionnelle (ACV), comparant la performance environnementale des technologies utilisées au Québec en 2018 pour produire du YG, a permis d’identifier les principaux contributeurs aux impacts environnementaux de ce produit et les moyens d’action pour les réduire. Les résultats ont démontré que la minimisation des pertes et gaspillage tout le long de la chaîne de valeur ainsi que l’approvisionnement en lait et ingrédients laitiers à faible impact sont des facteurs clés pour améliorer l’empreinte environnementale du YG alors que la consommation d’énergie durant la phase de transformation a une faible influence sur le profil environnemental de ces systèmes. Cette première ACV n’a pas permis de différencier l’influence de la technologie utilisée sur les résultats, mais elle a mis en évidence l’importance d’adopter une perspective chaîne de valeur pour améliorer efficacement l’empreinte environnementale de ces systèmes. Une seconde ACV, utilisant l’approche par extension de frontières pour allouer les impacts entre le YG et ses co-produits/sous-produits (contrairement à la méthode d’allocation plus simple utilisée dans la première analyse) a été réalisée. Cette perspective plus systémique a permis de mieux comprendre l’influence des co-produit (crème) et sous-produit (lactosérum) sur la chaîne de valeur et les systèmes environnants. Les résultats ont montré que dans les conditions actuelles du marché canadien, sous gestion de l’offre, où la production de lait est régulée par la demande domestique en crème et où les solides non gras du lait sont en surplus, les technologies de YG qui requièrent le plus de lait et qui produisent le plus de crème, favorisent une meilleure synergie d’interaction avec les systèmes laitiers environnants et optimisent l’utilisation des constituants du lait. Ces résultats ont mis en évidence l’avantage de mettre en marché de produits laitiers riches en protéines et faibles en matière grasse, tels que le YG, pour optimiser l’utilisation des constituants du lait et réduire les impacts environnementaux de la filière laitière dans les conditions actuelles de marché. Une troisième approche, basée sur le développement d’un nouveau cadre d’analyse d’éco-efficience permettant d’évaluer la performance environnementale des systèmes de YG en relation avec des indicateurs socio-économiques et fonctionnels variés a été réalisée. Les résultats ont révélé que les scénarios qui généraient le plus de valeur économique pour les transformateurs de YG étaient aussi ceux qui étaient les moins performants d’un point de vue environnemental et socio-économique pour les autres acteurs de la chaîne de valeur. À notre connaissance, ce cadre d’analyse d’éco-efficience, qui adopte une perspective systémique et intègre les trois dimensions du développement durable à différentes échelles (individuelle, territoriale et sociétale), est unique en son genre et constitue la contribution majeure de ce projet de recherche. En tenant compte des intérêts de l’ensemble des parties prenantes, ce modèle rompt avec la conception courante de l’éco-efficience généralement axée sur une amélioration coût-efficacité d’un des acteurs de la chaîne de valeur. Il suggère ainsi une modification du paradigme classique de conception de la valeur en entreprise (généralement centrée sur le profit individuel) de façon à favoriser la création de valeur partagée entre les acteurs de la chaîne de valeur. Son application au cas concret du yogourt grec a permis aux industriels laitiers du Québec de mieux évaluer les compromis à faire pour optimiser l’utilisation des consistants du lait dans la filière laitière de façon à maximiser leur impact positif sur la société. La réalisation des objectifs spécifiques de ce projet a contribué, d’une part à répondre aux questions pragmatiques des industriels pour améliorer l’éco-efficience des systèmes de production de yogourt grec et, d’autre part, à proposer des améliorations méthodologiques pour l’évaluation de la durabilité des systèmes multifonctionnels tels que le YG. Ultimement, ce projet contribue à l’amélioration des outils d’aide à la décision axés sur l’approche cycle de vie pour favoriser l’opérationnalisation du développement durable en entreprise. Le nouveau cadre d’analyse d’éco-efficience proposé a été développé pour l’industrie laitière, mais pourrait facilement être appliqué à d’autres secteurs d’activités.----------ABSTRACT : Our food system is putting increasing pressure on the environment and threatening human health and global stability. The urgency of the fight against climate change and alarming degradation of ecosystem services is forcing us to quickly change our production methods and consumption behaviours. The growing consumption of animal products and food losses and wastage are among the main causes of this deterioration. The nutritional qualities of dairy products contribute to food security, but the products have a large environmental footprint. The rising demand for high-fat and, to a lesser degree, high-protein processed dairy products boosts milk production, generating considerable volumes of by-products (e.g. skim milk powder, whey, etc.) with low or no added value on the market. While this imbalance in the use of milk components represents an inefficiency of the dairy production system, it also constitutes an opportunity to further reduce the sector’s overall environmental footprint. From the sustainability perspective, a question arises: can the use of milk components in the dairy industry be optimized so as to reduce the sector’s environmental footprint and ensure the population benefits from their nutritional benefits? This project aims to respond to the question by specifically focusing on the case of Greek yogurt (GY), a popular product owing to its low-fat-high-protein content and smoothness whose sales have risen substantively in recent years. On average, GY production requires, three times more milk than regular yogurt and generates approximately two kilograms of acid whey for every kilogram of GY produced. Recently, the dairy industry developed new production technologies to reduce the quantities of acid whey and improve their recovery. In this thesis, we aim to determine which technologies provide the best compromises to optimize the use of milk components in GY production systems from an eco-efficiency perspective. The concept of eco-efficiency seeks to create more value with less impact. It is a widely used concept in industrial energy efficiency programs to curb environmental burdens while improving cost effectiveness. This thesis revisits eco-efficiency to improve its effectiveness from a sustainability perspective. In this respect, the main objective of the research project is to develop a multidimensional eco-efficiency framework based on the life cycle approach to identify optimal scenarios for the use of milk components that account for the product systems’ functional, socioeconomic and environmental aspects across the value chain.Eleven multifunctional Greek yogurt systems were assessed. For the same amount of GY produced, these systems deliver various quantities of co-product (cream) and by-product (whey) with different proprieties, functions and economic values. A first attributional life cycle assessment (LCA) comparing the environmental performances of the most common GY production technologies in Québec in 2018 throughout their entire product life cycle helped identify the main contributors and key drivers to reduce the environmental burdens of GY. The results showed that minimizing losses and wastage and selecting milk and milk protein ingredients with low impacts are key factors to improve the environmental performance of GY systems, while the energy consumption in the processing stage is a low contributor to the impacts. The outcomes of this LCA do not demonstrate that the choice of processing technology is a clear discriminant factor but rather highlight the importance of adopting a complete value-chain perspective when analyzing these systems to effectively improve their environmental footprint. Then, a second life cycle assessment using a system boundaries expansion approach to partition the impacts between the GY and its co-products (instead of the simplest allocation method used in the first study) was performed. This more systemic perspective improves the understanding of the causal relations of GY co-product and by-product within the product chain and surrounding systems. The results show that, under current Canadian market conditions in which milk production is driven by the demand for cream and produces surplus non-fat-solids (NFS), GY technologies, which require more raw milk and produce more cream, enable better synergies in milk component use and improve the environmental performance of the GY systems. In this respect, neither the quantity of whey generated, nor the whey management technology significantly influence the environmental footprint of GY. This outcome sheds new light on the benefits of marketing high-protein-low-fat dairy products such as GY to optimize the use of milk components across the dairy sector. Finally, a third approach that proposes an enhanced eco-efficiency framework to assess the environmental performances of GY systems in relation to various socio-economic and functional value indicators reveals how the scenarios that create the most economic value for GY processors do not perform as well for the other value chain stakeholders or environmental dimensions. To our knowledge, this multidimensional EE framework that integrates the three aspects of sustainable development at different levels of analysis (individual, territorial, societal) is wholly unique and constitutes the major contribution of this research project. By accounting for the interests of all value chain stakeholders, the framework breaks with the current concept of eco-efficiency focused on cost effectiveness for a single value chain stakeholder. It suggests a shift in the standard paradigm of the concept of value (generally driven by individual gain) to foster the creation of shared value between value chain stakeholders. Its application to the concrete case of Greek yogurt enables Canadian milk processors to better assess the compromises required to optimize the use of milk components in their sector and maximize their positive impact on society. The attainment of the project’s specific objectives addresses pragmatic questions from the industry to improve the eco-efficiency of Greek yogurt production systems and suggests several new methodological enhancements to assess the sustainability of multifunctional systems, such as Greek yogurt. Ultimately, this project contributes to the improvement of life cycle based decision-making tools to foster the operationalization of sustainable development within corporations. While the project was developed for the dairy industry, the findings may apply in other activity sectors

Développement d'une méthode d'évaluation multi-indicateurs des systèmes agro-industriels, basée sur la pensée cycle de vie, pour une éco-conception des procédés de production

Le concept de bioraffinerie, développé afin de se substituer aux ressources fossiles, vise à concevoir une grande variété de produits (carburants, matériaux, molécules plateformes pour la chimie fine…) en se basant sur la valorisation de ressources renouvelables telles que la biomasse végétale. La mise en place de bioraffineries doit se baser sur de nouveaux procédés, éco-conçus, afin d'optimiser la performance environnementale de la chaine de transformation de la biomasse. Néanmoins, l'écoconception de procédés émergents peut être complexe en raison des multiples configurations possibles et du manque important de données précises et spécifiques sur ces technologies. L’objectif de ces travaux vise donc à développer une méthode d’évaluation multiindicateurs pour l’éco-conception des procédés agro-industriels et de bioraffineries. La démarche générale consiste à coupler les domaines du Génie des Procédés et de l’Analyse du Cycle de Vie. En effet, la modélisation, à partir de modèles physiques ou semi-empiriques (notamment issus de plans d’expériences) puis la simulation de procédés sont utilisées afin de faciliter la phase de réalisation de l’inventaire du cycle de vie en obtenant des bilans matière et énergie détaillés. Ces bilans peuvent ensuite être utilisés pour effectuer une Analyse du Cycle de Vie prospective du procédé. Par itération, il est ainsi possible de réaliser de la prévision de données et de tester de nombreux jeux de conditions opératoires pour le procédé afin d’optimiser sa performance environnementale, en déterminant les conditions opératoires optimales et les opérations unitaires les plus respectueuses de l’environnement. Cette méthodologie et son outil associé ont été testés sur différents procédés de bioraffinerie,impliquant diverses biomasses : micro-algues, coproduits de culture de blé, boi