Ports durables et analyse du cycle de vie

1. Introduction

Une étude de cas comparant les méthodes de construction d'un terminal pour navires de croisière de 200 mètres à Anvers, en Belgique, a été réalisée par Tractebel Engineering. L'étude a analysé les rideaux de palplanches (SSP), les parois moulées (D-Wall) et les ponts sur pieux, en tenant compte des coûts de construction, de la rapidité d'exécution, du retour sur investissement et des scénarios de fin de vie. La paroi SSP, conçue avec des profilés en acier standard, s'est avérée 20 % plus rentable que la paroi D-Wall. Par conséquent, l'analyse du cycle de vie (ACV) s'est concentrée sur les solutions SSP et D-Wall, en utilisant la méthode de monétisation néerlandaise pour évaluer la durabilité, en mettant l'accent sur le Potentiel de Réchauffement Global (PRG). L'ACV, réalisée par le département R&D d'ArcelorMittal et évaluée par des collègues, a conclu que les variations des paramètres clés avaient une incidence limitée sur les résultats, confirmant ainsi les conclusions initiales.

2. Objectif, portée et hypothèses

Objectif de l'étude

L'étude, réalisée conformément aux normes ISO 14040 et ISO 14044, évalue l'incidence des émissions de CO2-eq. de deux solutions de murs de quai à travers une analyse du cycle de vie (ACV). L'accent est principalement mis sur le coût total du cycle de vie, y compris des facteurs tels que la démolition, la récupération, la réutilisation, le recyclage et les considérations relatives à la mise en décharge. Destiné aux investisseurs privés, aux autorités publiques, aux ingénieurs et aux architectes, le rapport présente les résultats complexes de l'ACV dans un format simple et clair.

Description de l'infrastructure et hypothèses

La conception de la structure est conforme aux normes européennes, les conceptions géotechniques, des palplanches en acier et des murs en béton étant basées sur les normes EN pertinentes. L'exécution fait appel à des équipements terrestres afin de contrôler les coûts. Les hypothèses incluent une durée de vie de 50 ans sans entretien majeur, en tenant compte de paramètres tels que la corrosion, la protection contre la corrosion et les scénarios de fin de vie.

Indicateurs environnementaux

Les incidences environnementales sont caractérisées sur la base de la norme EN 15804 à l'aide de la méthodologie CML 2001. Le PRG est utilisé comme indicateur principal pour les émissions de CO2-eq, calculées conformément à la norme EN 15804 sur la base du GIEC 2007. Une méthode d'allocation physique est appliquée pour les données relatives à l'acier. L'étude sert d'évaluation de l'empreinte carbone, en se concentrant sur le PRG pour quantifier les émissions.

Unité fonctionnelle

Couvrant l'ensemble de la structure du mur de quai de 200 m sur une période de 50 ans, l'ACV traite des exigences relatives aux murs de soutènement et aux fondations portantes.

3. Méthodologie

Collecte des données

L'étude a donné la priorité aux sources récentes et pertinentes et a utilisé les déclarations environnementales de produit (EPD) conformes à la norme EN 15804 et enregistrées auprès de l'IBU, ainsi que la base de données Gabi 2018 pour les processus de transport et de chantier. Les données relatives aux palplanches en acier proviennent de l'EPD EcoSheetPiles™ d'ArcelorMittal, avec des valeurs adaptées aux hypothèses spécifiques du projet. Les barres d'armature et autres éléments en acier proviennent d'usines européennes, tandis que les données relatives au béton proviennent d'usines situées près du port d'Anvers.

Transport

Les incidences environnementales des modes de transport ont été tirées de la base de données Gabi 2018, avec des hypothèses concernant les distances parcourues par rail et par camion pour divers matériaux.

Pratiques de fin de vie

Les palplanches en acier ont été considérées comme entièrement récupérables, avec des scénarios de recyclage et de mise en décharge. Les parois moulées étaient partiellement récupérables, ce qui a donné lieu à différents scénarios de fin de vie.

Nomenclature

La nomenclature comprenait divers éléments tels que la mobilisation des équipements, la quantité de matériaux, les travaux de structure et l'élimination, détaillés dans le rapport ACV. Bien que la masse totale diffère d'un mur de soutènement à l'autre, elle n'est pas considérée comme un critère environnemental.

Limites du système

Les incidences environnementales ont été calculées pour différentes phases : production, transport, construction, démolition et fin de vie, à l'exclusion de la phase B. La préparation du site et l'installation ont été séparées dans la phase A5. Certains éléments, tels que la consommation de diesel pour l'installation des équipements, n'ont pas été pris en compte en raison du manque de données fiables.

Monétisation

Bien qu'elle ne soit pas conforme aux normes ISO, la monétisation est utilisée en Belgique et aux Pays-Bas pour refléter la position des acteurs économiques sur le réchauffement climatique et les questions écologiques. Cette approche attribue une valeur monétaire aux émissions de CO2-eq. et prend en compte différents paramètres pour évaluer les incidences environnementales.

4. Résultats

L'étude se concentre principalement sur le Potentiel de Réchauffement Global (PRG). Dans le scénario de base, le rideau de palplanche présente l'incidence environnementale la plus faible, avec une différence significative de 44 % par rapport à la paroi moulée (béton).

L'écart le plus important entre les deux solutions est observé dans les phases A1-A3, en faveur du quai EcoSheetPile™. La charge dans le module D de l'EPD EcoSheetPiles est due au processus de fabrication de l'acier dans un four électrique à arc (EAF), qui nécessite plus de ferraille que les matériaux recyclés disponibles à la fin du cycle de vie.

En outre, les phases A1-A3 contribuent pour plus de 70 % à l'ensemble du cycle de vie, soulignant leur importance dans les deux cas. D'autres indicateurs tels que le potentiel d'acidification et les éléments à potentiel de déplétion abiotique ont été analysés, montrant des tendances similaires à celles du PRG.

La comparaison des indicateurs révèle une différence claire entre les deux alternatives, justifiant l'affirmation selon laquelle « l'incidence environnementale des palplanches en acier est inférieure à celle des parois moulées ». Avec une différence minimale de 10 % observée pour les indicateurs analysés, l'étude confirme l'avantage environnemental des palplanches en acier par rapport aux parois moulées en béton.

5. Analyse de sensibilité

Carbonatation du béton en phase d'utilisation

La carbonatation est prise en compte dans le module D, mais exclue dans le module B1, car le béton est immergé, ce qui rend la carbonatation improbable pendant l'utilisation. Toutefois, une évaluation a montré une réduction de l'écart entre les solutions en acier et en béton, qui passe de 44 % à 41 %.

EPD du béton

Diverses EPD du béton ont été évaluées, montrant que le béton à haute résistance augmente l'écart entre les solutions en acier et en béton, tandis que le béton à faible résistance le réduit. La comparaison avec le ciment CEM III n'a pas été analysée en raison d'incohérences dans la répartition des scories.

Scénario de fin de vie

L'évaluation n'a pas tenu compte de la déconstruction pour chaque alternative, modifiant ainsi les limites du système. Cette décision a été influencée par la « valeur nette de ferraille » négative de l'acier et la carbonatation bénéfique du béton en fin de vie.

Pertes dues à la corrosion

Il est difficile de prédire avec précision les pertes d'acier dues à la corrosion. En utilisant la norme EN 1993-5, une perte totale estimée à 136 tonnes a conduit à des taux de réutilisation et de recyclage adaptés. Même dans le pire des cas, la différence de PRG de l'acier reste inférieure à celle du scénario de base.

Conclusion

L'analyse de sensibilité confirme les conclusions du scénario de base : les structures en béton ont un PRG nettement plus élevé que les solutions en palplanches en acier, allant de +19 % à plus de +76 % dans les scénarios extrêmes.

6. Conclusions, limites et commentaires généraux

Conclusions L'ACV démontre qu'un mur de quai construit avec des palplanches en acier a une empreinte carbone inférieure à celle d'un mur-rideau en béton équivalent. Le scénario de base montre une différence de 44 %, sous réserve de variations des paramètres.

Par rapport à la solution en béton (D-Wall), l'empreinte carbone de la solution EcoSheetPile™ (SSP) est nettement inférieure. Dans le scénario de base, la différence est de 44 %.

Limites Les solutions en acier (SSP) et en béton (D-Wall) sont techniquement équivalentes et conçues pour offrir des niveaux de sécurité similaires tout au long de leur durée de vie. Les résultats sont spécifiques à cette étude de cas et peuvent ne pas être applicables à d'autres situations sans analyse complémentaire. L'ACV se concentre sur le PRG, mais d'autres indicateurs ou aspects techniques peuvent aboutir à des conclusions différentes. Les conditions locales et les facteurs liés au transport peuvent influencer considérablement les résultats dans d'autres contextes.

Remarques générales Si les EPD sont utiles pour comparer des produits, il existe toutefois des variations en termes de qualité et de transparence. Les EPD doivent être élaborées par des experts environnementaux spécialisés dans le secteur concerné afin de garantir leur exactitude. Les EPD génériques facilitent les comparaisons en matière de faisabilité et de conception, mais les EPD spécifiques sont essentielles pour comparer des offres. Les produits ayant une incidence significative mais ne disposant pas d'EPD spécifiques doivent faire l'objet d'une évaluation appropriée.