Assessing the environmental impacts of a complex urban water system based on the life cycle assessment framework : development of a versatile model and advanced water deprivation indicators

La gestion intégrée de l'eau à l'échelle des grandes villes est un réel défi. Cependant, la quantification des flux et des impacts environnementaux liés à l'utilisation de l'eau n'est pas encore suffisamment développée. Dans ce contexte, la question de recherche de la thèse est: "comment modéliser le système d'eau urbain complexe d'une mégapole pour l'évaluation de ses impacts sur l'environnement et des services fournis aux usagers de l'eau, dans le cadre de l'analyse du cycle de vie (ACV)?" Le cœur de la thèse est le développement d'un cadre général définissant les flux d'eau et les impacts environnementaux associés aux trois composants principaux du système d'eau urbain, à savoir, les technologies de l'eau, les usagers de l'eau et les ressources en eau. Le modèle proposé de système d'eau urbain (nommé WaLA) se construit à travers une approche modulaire permettant l'interopérabilité des trois composants. Le modèle fournit des indicateurs d'impacts et de services rendus qui peuvent être utiles aux décideurs et aux parties prenantes. Il simplifie l'évaluation des scénarios et diminue la complexité du système tout en assurant sa bonne représentation du point de vue de l'ACV. En plus de cet objectif principal, la thèse vise à raffiner les indicateurs d'impact sur la privation d'eau afin qu'ils soient pertinents pour les systèmes d'eau urbains. Une méthode qui permet d'évaluer la privation d'eau à l'échelle du sous bassin versant en intégrant les effets en aval a ainsi été développée. Cette méthode permet de différencier les impacts selon les points de prélèvements et de rejets dans un même bassin versant. Enfin, le modèle WaLA et les indicateurs associés sont mis en œuvre pour évaluer les impacts environnementaux du système d'eau urbain de la banlieue parisienne (périmètre du Syndicat des Eaux d'Ile-de-France). L'intérêt et l'applicabilité du modèle pour évaluer et comparer des scénarios actuels et prévisionnels sont ainsi démontrés.

To improve water management at the scale of large cities is a real challenge. However, the quantification of flows and environmental impacts linked to water use are not yet sufficiently developed. This is the objective of the thesis: “how to model complex urban water system of a megacity for assessing its environmental impacts in relation to the provided services to water users, within the life cycle assessment (LCA) framework?” The core of the thesis is the development of a generic framework defining water flows and environmental impacts associated with 3 categories of items – i.e., water technologies, water users and water resources – from a LCA point of view. The UWS model (termed WaLA) is built through a modular approach allowing the interoperation of these three components in an integrated way. The model provides indicators of impacts on services which may be useful to decision makers and stakeholders. It simplifies the evaluation of forecasting scenarios and decreases the complexity of the urban water system while ensuring its good representation from a LCA perspective. In addition to this main objective, the thesis also aims at refining water use impact indicators at a relevant scale for UWS. A methodology that assesses water deprivation at the sub-river basin scale in life cycle impact assessment (LCIA) integrating downstream cascade effects has been developed. It allows differentiating the withdrawal and release locations within a same river basin. The WaLA model and its associated indicators are applied to assess the environmental impacts of the water system of a Paris suburban area (perimeter of Syndicat des Eaux d'Île-de-France). It shows the interest and the applicability of the model for assessing and comparing baseline and forecasting scenarios.