En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par : Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse) Discipline ou spécialité : Sciences des Agroressources Présentée et soutenue par : M. GUILLAUME BUSSET le vendredi 11 juillet 2014 Titre : APPROCHE D'EVALUATION DE LA DURABILITE DES SYSTEMES GUIDEE PAR LA PENSEE CYCLE DE VIE : APPLICATION A L'AGRO- INDUSTRIE OLEICOLE Ecole doctorale : Sciences de la Matière (SDM) Unité de recherche : Laboratoire de Chimie Agro-Industrielle (L.C.A.) Directeur(s) de Thèse : MME MIREILLE VIGNOLES M. JEAN PIERRE BELAUD Rapporteurs : Mme VERONIQUE BELLON MAUREL, IRSTEA M. NICOLAS PERRY, ENSAM BORDEAUX Membre(s) du jury : 1 M. CARLOS VACA GARCIA, INP TOULOUSE, Président 2 Mme MIREILLE VIGNOLES, INP TOULOUSE, Membre 2 Mme PASCALE ZARATE, UNIVERSITE TOULOUSE 1, Membre 2 Mme TATIANA REYES, UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE TROYES, Membre Résumé À l'heure où toute décision stratégique doit être conforme aux principes de la durabilité, l'évalua- tion des conséquences environnementales, économiques et sociales d'un choix d'ingénierie s'avère nécessaire. Parmi les outils d'évaluation des systèmes et de leurs conséquences, l'analyse de cycle de vie (ACV) dérivée de la pensée cycle de vie s'est imposée comme la méthode la plus adaptée à un tel niveau de décision. Historiquement focalisée sur les impacts environnementaux, l'ACV a naturellement étendue son champ d'évaluation aux aspects économiques, sociaux et d'ingénierie pour devenir une analyse de la durabilité (AdCV) des systèmes. L'AdCV est ainsi en train d'émer- ger et nécessite des propositions d'améliorations méthodologiques et des applications concrètes pour devenir robuste et applicable. Cette étude présente l'évaluation de la durabilité d'un système dans le contexte de l'agro-industrie oléicole. À cet effet, elle propose une approche intégrée d’évaluation de la durabilité basée sur l’AdCV couplée à la modélisation des processus et des procédés et, l'analyse multicritère pour l'aide à la décision. Une première partie traite des concepts de durabilité, d'ingénierie et d'agro-industrie oléicole à travers une analyse de la littérature scienti- fique. Dans la deuxième partie, l'approche d'évaluation de la durabilité proposée est décrite, for- malisée et implémentée dans la solution logicielle « &cOlive » à l'aide d'outils empruntés à la modélisation des systèmes. Enfin, la troisième partie présente les résultats de l’application de l’approche à l’agro-industrie oléicole en s’appuyant sur un ensemble de données terrain récoltées dans le cadre du projet européen OiLCA. Mots clefs : Durabilité, Analyse de cycle de vie, Modélisation d'entreprise, Simulation, Aide à la décision multicritère, Procédés agro-industriels. i Abstract Nowadays, any strategic decision must be in accordance with the sustainability principles. There- fore, companies need to evaluate the consequences of their activities and products onto environ- ment, economy and society. Life cycle assessment (LCA) from Life cycle thinking (LCT) is one of the major environmental impact evaluation methods for product, process or service and the trends is to integrate economic and social aspects to become a life cycle sustainability assessment (LCSA). However, LCSA is still in its infancy and needs methodological proposals to be applica- ble. This study presents sustainability assessment in the olive oil agro-industrial context. In doing so, a systemic approach based on the coupling between LCSA, enterprise modeling, chemical process modeling and multicriteria analysis is proposed. The approach is then validated by the development of the software solution “&colive” for sustainability assessment of olive oil produc- tion. This application relies on field data collected under the European OiLCA project. Keywords: Sustainability, Life cycle assessment, Enterprise modeling, Simulation, Multicriteria decision making, agro-industrial processes. ii Remerciements À travers cette partie, je souhaite manifester ma reconnaissance à l’égard des personnes qui ont contribué de près ou de loin à mon travail de thèse. Tout d’abord, je réitère mes remerciements aux deux rapporteurs, Véronique Bellon-Maurel et Nicolas Perry pour avoir accepté de relire mon manuscrit. Les rapports qu’ils ont rédigés m’ont non seulement permis de mettre en perspective mes travaux, mais également de corriger quelques erreurs. Lors de ma soutenance, j’ai eu plaisir à discuter de vive voix avec eux ainsi qu’avec les autres membres du jury, à savoir Pascale Zaraté, Tatiana Reyes, Carlos Vaca Garcia, président du jury et directeur du LCA ainsi que Jean-Marc Le Lann, directeur de l’ENSIACET. J’ai été honoré de leur présence, particulièrement de celle de Carlos qui a fait l’aller-retour France-Corée du Sud pour participer à mon jury (même si ce trajet en avion alourdit l’empreinte environnementale de l’évènement…). Je tiens à souligner la parité de mon jury. En tant que directeurs de thèse, les trois derniers membres de mon jury sont évidemment à part. Merci à Mireille, Caroline et Jean-Pierre pour leur présence, leur réactivité, leur sincérité et leur exigence. J’ai énormément appris de leur complémentarité et de leur expérience. Je me réjouis de continuer à travailler 1 an avec Caroline et Jean-Pierre. Je souhaite à Mireille le meilleur pour sa retraite, surtout un peu de repos pour souffler après cette dernière année rocambolesque. Je souhaite également remercier Christian Pinatel, Sébastien Leverge et Daniel Husson du CTO pour leur accueil et pour l’aide précieuse qu’ils m’ont apportée, notamment en ce qui concerne la découverte du secteur oléicole. J’ai eu la chance de découvrir que l’huile d’olive pouvait se dégus- ter comme un vin, avec tout un jargon poétique pour la décrire. Merci aux producteurs d’huile d’olive qui m’ont accueilli et qui ont accepté de me consacrer du temps pour répondre aux ques- tionnaires dont j’avais besoin pour mes travaux. Je terminerai mes remerciements « oléicoles » par l’ensemble des membres du projet OiLCA avec qui nous avons travaillé : Raquel Trillo et Carmen Capiscol de CITOLIVA, Frederic Clarens et José Jorge Espí de CTM, Florentina Delga- do, Lorenzo Chacon et Víctor Vázquez d’IAT, Joana Carvalho, Bruna Fonseca et Jorge Araujo de CVR. J’adresse une mention spéciale à Frederic et José de CTM pour la partie méthodologique dont nous étions responsables ensemble. Merci pour leur accueil à Manresa et pour leur patience. Je fais enfin un clin d’œil à Raquel qui a donné vie à un enfant pendant le projet. iii Je tiens à remercier ma stagiaire, Sonia, avec qui nous allons proposer un article sur l’ASCV. Je remercie les étudiants qui ont travaillé pour moi et qui m’ont permis de gagner un temps pré- cieux : Florian Fosse et Raphaël Sanjjuan ; Sandra Le Mignan ; Hatim Abdelmoumen, Hanae El Boussairi, Guillaume Morini, Robin Naval, Chralotte Sapin et Jean-David Sauvan. Merci particu- lièrement à Guillaume qui m’a plongé dans le monde des macros VBA et grâce auquel j’ai pu développer l’outil informatique qui illustre le cœur de ma thèse. Je remercie également les membres de l’AFIS et ceux du groupe EASY-DIM qui m’ont accueilli bien que mon cas d’étude ne figure pas parmi les cas usuels visés par l’ingénierie d’entreprise et l’ingénierie système. Voilà bientôt 5 ans que je travaille au LCA. J’ai eu la chance de côtoyer plusieurs « promos » de doctorants. Parmi les plus anciens, je pense à Sylvain, Romain, Matthieu S, Dorothée, William, Nicoletta, Louise, Anaïs, Manon, Émeline, Julien P., Julien B., Leslie, Émilie, Mike, Lupita, Za- her et les autres. Entre les QUPUC, le triathlon, le foot ou le vélo, nous avons partagé une grande quantité de bons moments. C’est en les voyant au quotidien que j’ai été rassuré sur le quotidien d’un thésard. Je remercie spécialement les membres de l’ « équipe Mireille », Claire, Audrey, Stéphanie, Chris- tophe C. et Olivier L. avec qui nous avons partagé Tommy’s et 3 brasseurs pour nous lamenter sur notre sort! Je souhaite une bonne fin de thèse à la relève : Jean-Baptiste, Thibaut, Benjamin, Bastien, Alice, Natalia, Djibril, Assad, Cécile et les autres. Je remercie tous les autres membres ingénieurs, techniciens, cadres, personnels administratifs. J’adresse une mention spéciale à Jérôme Peydecastaing que les remerciements n’intéressent pas mais à qui je tiens quand même à faire part du plaisir que j’ai eu à partager des conversations sin- gulières, au cours desquelles ont convergé le réaliste et l’idéaliste... Je termine mes remerciements LCAiens par Julien B. et Leslie, collègues devenus amis. Nos con- versations ont largement dépassé le cadre du laboratoire et de la recherche. J’aurais bien aimé finir un peu plus tôt pour vivre en même temps que vous ce marathon final que représente la rédaction du manuscrit… Ma co-direction m’a amené à emménager dans un bureau du département PSI du LGC. J’ai été accueilli par un mexicain (Jesus), un égyptien (Attia) et un hongrois (Lazslo). J’ai ainsi pu voya- iv ger sur trois continents grâce à eux! Leur gentillesse et leur richesse culturelle m’ont beaucoup apporté sur le plan humain. Par chance, j’ai retrouvé deux collègues d’une même gentillesse, cette fois locale mais exotique tout de même, grâce à Benoit et son accent pur produit du sud-ouest et Guillaume, immigré du nord-est. Notons pour l’exotisme qu’ils n’appartiennent pas au départe- ment PSI mais au département STPI. Le couloir PSI est un peu particulier. C’est le seul de tout l’ENSIACET dont la langue officielle est l’espagnol! J’ai découvert un groupe très chaleureux. Merci à tous pour le quotidien et la for- mule RU-futbalito. Merci à Raul avec qui nous avons gagné les deux tournois.