Le secteur de la construction consomme d’importantes ressources et génère de fortes émissions de gaz à effet de serre, faisant du choix des matériaux un levier clé pour réduire l’empreinte environnementale des bâtiments. Les matériaux biosourcés constituent des alternatives prometteuses, mais leur évaluation reste sensible à des choix liés au carbone biogénique, à la modélisation de l’amont agricole, à l’équivalence fonctionnelle, aux émissions directes, à la fin de vie, au changement d’échelle et aux systèmes futurs. Cette thèse examine comment l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) peut fournir une évaluation environnementale plus fiable des matériaux de construction biosourcés émergents.
La première partie porte sur l’évaluation environnementale et l’écoconception d’un panneau 100% biosourcé à base de coriandre pour des applications intérieures. Le premier enjeu concernait la faible prise en compte des émissions directes en phase d’usage dans les ACV conventionnelles. Un cadre méthodologique a été développé pour intégrer dans l’inventaire les émissions de composés organiques volatils (COV), mesurées expérimentalement. Une modélisation cinétique a permis d’estimer les émissions cumulées sur la durée de vie du panneau et de calculer les facteurs de caractérisation manquants. Une catégorie d’impact dédiée aux dommages sur la santé humaine liés aux COV a été développée. Enfin, une évaluation dynamique a étudié le captage, le stockage temporaire et la libération du CO₂ biogénique. Le second enjeu portait sur l’écoconception du procédé. Un plan de Doehlert et le chauffage des plateaux de la presse par induction RocTool ont permis d’optimiser le thermopressage en considérant propriétés mécaniques, consommation d’énergie, coût et changement climatique. Les résultats montrent que maximiser les performances mécaniques n’est pas toujours l’objectif le plus pertinent : des conditions optimisées de thermopressage ont permis d’obtenir des panneaux de fibres comparables à un panneau de fibres à densité moyenne, tout en réduisant la demande énergétique et les impacts environnementaux.
La deuxième partie porte sur un bloc isolant de faible densité fabriqué à partir de moelle de tige d’amarante, évalué par ACV actuelle, changement d’échelle et ACV prospective. Le premier enjeu concernait le manque de données agricoles. Le premier inventaire spécifique de la culture de l’amarante en conditions françaises a ainsi été développé, identifiant l’agriculture et le séchage de la tige comme principaux postes d’impact. Le deuxième enjeu concernait le passage à l’échelle industrielle. La modélisation montre qu’une meilleure efficacité du procédé réduit plusieurs impacts, même si l’augmentation de la production accroît les besoins en biomasse et en surfaces agricoles. Le troisième enjeu consistait à dépasser les conditions actuelles grâce à l’ACV prospective. Des bases futures générées avec premise ont permis d’explorer différents scénarios socio-économiques et énergétiques, illustrant l’intérêt de cette approche pour évaluer des technologies émergentes avant leur déploiement. Les impacts liés à l’énergie et aux combustibles se sont révélés très sensibles aux systèmes futurs, tandis que ceux dominés par les émissions agricoles directes sont restés relativement stables. Les résultats soulignent également la nécessité d’interpréter avec prudence les crédits liés au carbone biogénique, aux produits évités et à la valorisation énergétique.
Globalement, cette thèse montre que la performance environnementale des matériaux biosourcés ne se déduit pas de leur seule origine renouvelable. Une évaluation fiable nécessite d’adapter l’ACV aux caractéristiques et au niveau de développement du système, en combinant inventaires spécifiques, équivalence fonctionnelle, émissions directes et biogéniques, optimisation des procédés, changement d’échelle et scénarios prospectifs. L’ACV constitue ainsi à la fois méthode de quantification, d’écoconception et d’aide à la décision. |
The construction sector is a major consumer of resources and source of greenhouse gas emissions, making material selection a key lever for reducing the environmental footprint of buildings. Bio-based materials offer promising alternatives, but their assessment remains sensitive to choices related to biogenic carbon, modelling of agricultural upstream processes, functional equivalence, direct emissions, end-of-life, scale-up, and future background systems. This thesis investigates how Life Cycle Assessment (LCA) can provide a more reliable environmental assessment of emerging bio-based construction materials.
Part I focuses on improving the environmental assessment and eco-design of a 100% bio-based coriander fiberboard for interior fitting and partition panels. The first challenge addressed was the limited consideration of direct use-phase emissions in conventional LCA. A methodological framework was thus developed to integrate experimentally measured volatile organic compound (VOC) emissions into the life cycle inventory. Kinetic modelling was used to estimate cumulative emissions over the board’s service life, while missing characterization factors were calculated for impact assessment. A dedicated impact category was also developed to address human-health damage from VOC exposure. Lastly, a complementary dynamic assessment examined how the timing of biogenic CO₂ uptake, temporary storage, and release influences its climate contribution. The second challenge concerned eco-design of the manufacturing process. A Doehlert experimental design and heating the press platen with RocTool induction technology were used to optimize thermopressing while considering mechanical properties, energy consumption, manufacturing cost, and climate change impact. The results showed that maximizing mechanical performance was not necessarily the most appropriate objective: optimized thermopressing conditions could be selected to produce fiberboards with functional performance comparable to medium-density fiberboard, while reducing energy demand and environmental impacts.
Part II focuses on the environmental assessment of a low-density insulation block produced from amaranth stem pith through current LCA, scale-up modelling, and prospective LCA. The first challenge was the limited availability of agricultural inventory data. To improve representativeness, the first specific life cycle inventory for amaranth cultivation under French conditions was developed, identifying agriculture and drying the stem as major hotspots. The second challenge concerned the transition from pilot to industrial scale. Scale-up modelling showed that improved process efficiency can reduce several impacts, although increased production also raises biomass and land requirements. The third challenge was to move beyond present-day background conditions through prospective LCA. Future databases generated with premise were used to explore contrasted socio-economic and energy pathways, reflecting the growing role of prospective approaches in evaluating emerging technologies before large-scale deployment. Impacts linked to energy and fuel supply were highly sensitive to background-system evolution, whereas categories dominated by direct agricultural emissions remained comparatively stable. The results also highlighted the need to interpret environmental credits from biogenic carbon, avoided products, and energy recovery with caution.
Overall, the thesis shows that the environmental performance of emerging bio-based materials cannot be inferred from their renewable origin alone. Reliable assessment requires adapting LCA modelling to the characteristics and development stage of the system by combining specific inventories, functional equivalence, direct and biogenic emissions, process optimization, scale-up, and prospective scenarios. LCA can therefore serve not only to quantify impacts, but also as an eco-design and decision-support framework throughout material development. |