GFM Evaluation de l'incidence

Le Gap Filling Module d'evaluation de l'incidence effectue l'Evaluation de l'Incidence du Cycle de Vie (EICV) en convertissant les flux environnementaux (emissions et consommation de ressources) en scores d'incidence standardises. En utilisant les facteurs de caracterisation du GIEC, il calcule les equivalents CO2 et d'autres indicateurs environnementaux pour les produits alimentaires tout au long de leur cycle de vie.

Reference rapide

Propriete	Description
S'execute sur	Types ActivityNode incluant FoodProcessingActivityNode, ModeledActivityNode, SupplySheetActivityNode
Dependances	MatrixCalculationGapFillingWorker (doit etre termine en premier)
Entree cle	Flux environnementaux (echanges de biosphere) du calcul matriciel
Sortie	Valeurs d'evaluation de l'incidence (equivalents CO2), consommation d'eau rare
Declencheur	S'execute sur les noeuds d'activite apres le calcul des flux environnementaux

Quand il s'execute

Le module se declenche lorsque :

1. Le noeud est un ActivityNode (pas un ElementaryResourceEmissionNode)
2. Le MatrixCalculationGapFillingWorker s'est termine et a rempli environmental_flows
3. Pour les noeuds racine, ne s'execute que sur FoodProcessingActivityNode, ModeledActivityNode ou SupplySheetActivityNode

Sortie cle

Le module ajoute des proprietes d'evaluation de l'incidence aux noeuds d'activite et a leurs noeuds de flux parents :

• Evaluation de l'incidence : Valeurs d'equivalent CO2 utilisant les methodes de caracterisation demandees
• Consommation d'eau rare : Empreinte de rarete en eau en litres

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Methodologie scientifique

Vue d'ensemble de l'Evaluation de l'Incidence du Cycle de Vie

L'Evaluation de l'Incidence du Cycle de Vie (EICV) est la phase de l'ACV ou l'inventaire des flux environnementaux est traduit en incidences environnementales potentielles. Le GFM d'evaluation de l'incidence l'implemente en :

1. Collectant les flux environnementaux du calcul matriciel (emissions dans l'air, l'eau, le sol et consommation de ressources)
2. Appliquant les facteurs de caracterisation pour convertir chaque flux en une unite commune (telle que kg CO2-eq)
3. Agregeant les resultats sur tous les flux pour produire des scores d'incidence totaux

Methode de caracterisation du GIEC

Le module utilise la methode GIEC 2013 GWP100a (Potentiel de Rechauffement Global, horizon de 100 ans) comme approche de caracterisation principale :

Incidence [kg CO2-eq] = Somme de (Flux environnemental [kg] x Facteur de caracterisation [kg CO2-eq/kg])

Facteurs de Potentiel de Rechauffement Global

Facteurs de caracterisation cles du Cinquieme Rapport d'Evaluation du GIEC (AR5) :

Substance	GWP100 (kg CO2-eq/kg)	Notes
Dioxyde de carbone (CO2)	1	Substance de reference
Methane (CH4)	28	Sans retroaction climat-carbone
Methane (CH4)	34	Avec retroaction climat-carbone
Protoxyde d'azote (N2O)	265
Monoxyde de carbone (fossile)	4,06

Le systeme utilise les valeurs GWP sans retroaction climat-carbone (CCFB) suivant les recommandations de PRe Sustainability et le consensus UNEP/SETAC. Ce choix fournit des estimations plus conservatrices tout en maintenant la coherence avec les bases de donnees ACV etablies.

Sources des facteurs de caracterisation

Les facteurs de caracterisation proviennent de :

• Cinquieme Rapport d'Evaluation du GIEC (AR5) : Source principale pour les valeurs GWP
• Base de donnees ecoinvent : Mis en correspondance avec les identifiants de flux elementaires ecoinvent
• Logiciel ACV Brightway : 211 substances caracterisees pour l'incidence sur le changement climatique

Categories d'incidence prises en charge

Le module peut calculer plusieurs categories d'incidence selon la demande :

Categorie d'incidence	Methode	Unite	Description
Changement climatique	GIEC 2013 GWP100a	kg CO2-eq	Potentiel de rechauffement global sur 100 ans
Rarete en eau	AWARE	L	Consommation d'eau rare

Des methodes d'evaluation de l'incidence supplementaires peuvent etre chargees via le drapeau --import_all_impact_assessments lors de l'importation des donnees.

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Details d'implementation

Formule de calcul

Le calcul de base applique les facteurs de caracterisation a tous les flux environnementaux :

impact_assessments = {
    char_method: sum([
        flow_quantity * characterization_factor.get(biosphere_uid, 0.0)
        for biosphere_uid, flow_quantity in environmental_flows.items()
    ])
    for char_method in requested_impact_assessments
}

Ou :

• flow_quantity : Quantite de chaque flux environnemental (du calcul matriciel)
• characterization_factor : Correspondance des IDs de flux de biosphere aux facteurs d'incidence
• biosphere_uid : Identifiant unique pour chaque flux elementaire (emissions, ressources)

Allocation de flux aux noeuds parents

Les resultats d'incidence sont alloues aux noeuds de flux parents proportionnellement :

# Pour chaque noeud de flux parent
value = impact_quantity * flow_amount / production_amount

Cela garantit que lorsqu'une recette utilise plusieurs noeuds d'activite, la contribution de chaque ingredient est correctement attribuee.

Gestion de l'eau rare

La consommation d'eau rare est suivie separement des autres flux environnementaux :

1. La consommation d'eau est identifiee par un UID de biosphere specifique (SCARCE_WATER_CONSUMPTION_XID)
2. Extraite des flux environnementaux avant le calcul d'incidence general
3. Stockee comme une ScarceWaterProp dediee sur les noeuds d'activite et de flux
4. Unite : litres (L)

Ordre de traitement des noeuds

Le module implemente un systeme de planification pour assurer un ordre d'execution correct :

def can_run_now(self) -> GapFillingWorkerStatusEnum:
    # Attendre la fin du calcul matriciel
    if MatrixCalculationGapFillingWorker is scheduled:
        return GapFillingWorkerStatusEnum.reschedule

    # Verifier si les flux environnementaux existent
    if node.environmental_flows is None:
        return GapFillingWorkerStatusEnum.cancel

    return GapFillingWorkerStatusEnum.ready

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Flux de donnees

Entree : Flux environnementaux

Les flux environnementaux sont fournis par le MatrixCalculationGapFillingWorker et comprennent :

Type de flux	Exemples	Direction
Emissions dans l'air	CO2, CH4, N2O, CO, NOx	Sortie (positif)
Emissions dans l'eau	Azote, Phosphore	Sortie (positif)
Emissions dans le sol	Metaux lourds, Pesticides	Sortie (positif)
Consommation de ressources	Petrole brut, Gaz naturel, Eau	Entree (negatif)

Sortie : Proprietes d'evaluation de l'incidence

Le module cree des objets ImpactAssessmentProp avec :

ImpactAssessmentProp(
    quantities={
        impact_term_uid: ReferencelessQuantityProp(
            value=calculated_impact,
            unit_term_uid=unit_term_uid  # ex. "kg CO2-Eq"
        )
    },
    for_reference=ReferenceAmountEnum.amount_for_activity_production_amount
)

Structure du cache

Les facteurs de caracterisation sont charges a l'initialisation et mis en cache pour la performance :

cache_characterization_factors_data = {
    "ipcc-2013-gwp100a": {
        "biosphere_flow_uid_1": {"amount": 1.0},    # CO2
        "biosphere_flow_uid_2": {"amount": 28.0},   # CH4
        # ... 211 substances caracterisees au total
    }
}

cache_characterization_factors_unit = {
    "ipcc-2013-gwp100a": "kg_co2-eq_term_uid"
}

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Exemple de calcul

Scenario : Calculer l'incidence climatique pour 1 kg de tomates

Etape 1 : Flux environnementaux du calcul matriciel

Apres le calcul matriciel, le noeud d'activite tomate a ces flux environnementaux :

Flux de biosphere	UUID	Quantite (kg)
Dioxyde de carbone, fossile	099b36ab-...	0,85
Methane, fossile	b53d3744-...	0,012
Protoxyde d'azote	20185046-...	0,0003

Etape 2 : Appliquer les facteurs de caracterisation

En utilisant les facteurs GIEC 2013 GWP100a :

Flux	Quantite	FC	Incidence
CO2	0,85 kg	1,0	0,85 kg CO2-eq
CH4	0,012 kg	28,0	0,336 kg CO2-eq
N2O	0,0003 kg	265,0	0,0795 kg CO2-eq

Etape 3 : Agreger l'incidence

Incidence totale = 0,85 + 0,336 + 0,0795 = 1,2655 kg CO2-eq par kg de tomates

Etape 4 : Allouer au flux parent

Si cette activite tomate fournit 0,5 kg a une recette :

Contribution recette = 1,2655 * (0,5 / 1,0) = 0,633 kg CO2-eq

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Configuration

Demande de methodes d'evaluation de l'incidence

Les methodes d'evaluation de l'incidence sont specifiees dans la requete de calcul :

requested_impact_assessments = calc_graph.get_requested_impact_assessments()
# Retourne : ["IPCC 2013 GWP100a", ...]

Evaluation de l'incidence par defaut

Si aucun terme d'evaluation de l'incidence specifique n'est configure :

DEFAULT_IMPACT_ASSESSMENT_METHOD = "IPCC 2013 GWP100a"
DEFAULT_IMPACT_ASSESSMENT_METHOD_XID = "ipcc-2013-gwp100a"

Chargement de methodes supplementaires

Des methodes d'evaluation de l'incidence supplementaires peuvent etre importees en utilisant :

python bw_import_controller.py --import_all_impact_assessments

Cela charge les facteurs de caracterisation pour les methodes au-dela du changement climatique, permettant des evaluations multi-indicateurs.

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Integration avec le calcul matriciel

Le GFM d'evaluation de l'incidence depend du GFM de calcul matriciel, qui :

1. Construit la matrice technosphere : Representant toutes les interconnexions de processus
2. Construit la matrice biosphere : Capturant tous les echanges environnementaux
3. Resout le systeme : En utilisant l'inversion matricielle pour calculer les flux cumulatifs
4. Remplit environmental_flows : L'entree pour l'evaluation de l'incidence

Structure matricielle

Les matrices technosphere et biosphere suivent les conventions ACV standard :

Matrice technosphere (A) :

• Diagonale : Quantites de production (typiquement 1,0 pour les processus normalises)
• Hors diagonale : Flux inter-processus (negatif pour la consommation)

Matrice biosphere (B) :

• Lignes : Flux elementaires (emissions, ressources)
• Colonnes : Processus
• Valeurs : Quantite de chaque flux par unite de sortie de processus

Calcul :

s = A^(-1) * f  (vecteur d'approvisionnement)
g = B * s       (flux environnementaux totaux)
h = C * g       (incidences caracterisees)

Ou C est la matrice de facteurs de caracterisation appliquee par ce GFM.

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Limitations connues

Couverture des substances

• 211 substances caracterisees pour la methode GIEC GWP100a
• Certaines emissions (carbone noir, aerosols) ne sont pas entierement caracterisees
• NOx, SO2 et autres emissions liees aux aerosols peuvent ne pas inclure les effets climatiques indirects

Considerations methodologiques

• Retroactions climat-carbone non incluses (approche conservative)
• Pas de facteurs de caracterisation regionalises
• Facteurs de caracterisation statiques (ne tiennent pas compte du calendrier des emissions)

Notes sur la qualite des donnees

• Facteurs de caracterisation du GIEC AR5 (2013) - mises a jour vers AR6 pas encore implementees
• Certaines correspondances d'unites supposent "kg CO2-Eq" pour les methodes GIEC lorsque les donnees d'unite sont manquantes

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References

1. GIEC (2013). Changement climatique 2013 : Les bases physiques. Contribution du Groupe de travail I au Cinquieme Rapport d'Evaluation. Chapitre 8 : Forcage radiatif anthropique et naturel, Tableau 8.A.1.

2. Heijungs, R. & Suh, S. (2002). The Computational Structure of Life Cycle Assessment. Springer Netherlands.

3. Centre ecoinvent. Vue d'ensemble de la base de donnees pour ecoinvent v3.8. ecoinvent.org

4. PRe Sustainability. Notes d'implementation SimaPro sur les methodes GIEC AR5.

5. Brightway LCA. brightway.dev - Cadre ACV open source utilise pour les calculs matriciels.