• Energy Research
• FR close
• GB close
• French close
• ProdInra close

La méthode DEXi-Pépi a été développée afin d’avoir une approche globale d’amélioration environnementale, économique et sociale des systèmes de culture hors sol de pépinière. Cette méthode, adaptée du modèle DEXiPM®, est un modèle hiérarchique multicritère et qualitatif qui comporte 89 critères d’entrée : (i) 56 critères dépendants du système de culture, (ii) 23 critères liés au contexte et dépendant du système et (iii) 10 critères liés au contexte et indépendant du système. Plusieurs critères sont redondants dans l’évaluation (26). Le nombre de critère d’entrée par pilier de la durabilité est déséquilibré, reflétant en partie le déséquilibre des connaissances sur certains piliers. Le modèle DEXi-Pépi est un prototype qui est amené à évoluer au fur et à mesure des utilisations et en fonction des attentes des utilisateurs. The DEXi-Pépi method was developed in order to have a global approach for improving aboveground nursery culture systems. This method, adapted from DEXiPM® model, is a hierarchical multi-criteria and qualitative model that includes 89 entry criteria: (i) 56 criteria dependent of the culture system, (ii) 23 criteria linked to the context and system-dependent and (iii) 10 criteria linked to the context and independent of the system. Several criteria are redundant in the assessment (26). The number of entry criteria for each pillar of sustainability is unbalanced, partly reflecting the imbalance of knowledge on some pillars. The DEXi-Pépi model is a prototype that will evolve as the use increases and according to the users’ expectations.

Cette présentation expose les principaux enjeux économiques et environnementaux des modes d’approvisionnement alimentaire des villes. On s’interroge également sur la pertinence de relocaliser les productions agricoles autour des grandes métropoles.

[Paper in French] The European public policy in favor of the biodiesel consumption is highly debated. Available estimates of the induced land use changes conclude that this policy is inefficient to reduce emissions of GreenHouse Gas. We show that the crop yield evolutions in these estimates are significantly lower than the observed and expected evolutions. This difference is directly related to biased calibration choice of behavioral parameters. We show using the GTAP-BIO framework that a consistent calibration of these parameters leads to a strong reduction (by around 80% in the long run) of the land use changes and induced emissions.

Observés sur de longues périodes, les effets des contraintes économiques sur la consommation alimentaire sont spectaculaires. Dans les pays développés, et plus récemment dans la majorité des pays du monde, l’augmentation de la productivité agricole et agroalimentaires a permis une forte diminution du coût des calories alimentaires. Les conséquences positives de cette évolution sont nombreuses (i.e. une plus large accessibilité à une nourriture saine). Mais, des conséquences négatives prévisibles retiennent de plus en plus l’attention des pouvoirs publics dans de nombreux pays. Le défi au regard de la santé (surpoids, obésité, maladies chroniques) constitue des questions de santé publique dont les conséquences économiques ne devraient pas être sous-estimées, en particulier dans les pays en voie de développement. Les questions environnementales arrivent maintenant dans l’agenda des pouvoirs publics de telle façon que la question de la durabilité des systèmes alimentaires et de plus en plus souvent soulevée. Cet article a pour objectif de rappeler quelques éléments significatifs des évolutions à long terme de la consommation alimentaire et de souligner les questions importantes soulevées par la recherche d’un changement de ces modes de consommation en vue de réduire les impacts sur les émissions de gaz à effet de serre Observed over long periods, the effects of the economic constraints on the food consumption are spectacular. In the developed countries, and more recently in the majority of the countries in the world, the increase in the agricultural and food processing productivity allows a large decrease in the cost of the food calories. The positive consequences of this evolution are numerous (i.e. broader accessibility to safer food). But some foreseeable negative consequences hold more and more the attention of the public authorities in many countries. The challenges as regards health (overweight, obesity, chronic diseases) constitute public health issues whose economic consequences should not be underestimated, in particular in the developing countries. The environmental challenges arrive now on the diary of the public authorities insofar as the question of the sustainability of the food system is more and more often raised. This article aims at recalling some significant features of the long term evolutions of food consumption and at specifying main issues raised by the search for an evolution of these modes of consumption targeting a reduction of the impacts on the greenhouse gas emissions.

La production de biocarburant à partir de microalgues est de plus en plus étudiée. Une des solutions proposées pour valoriser de manière plus optimale le contenu énergétique des microalgues est la digestion anaérobie de celles-ci, le biogaz étant utilisé sous forme de carburant. Ce travail de thèse s’intéresse à l’évaluation de cette technologie émergente. Après une synthèse bibliographique, une ACV prospective du système couplant culture d’algues et digestion anaérobie a été réalisée au cours de la thèse à partir de données de la littérature, de résultats expérimentaux et de l’utilisation de modèles dynamiques. La réalisation d’ACV de production de biogaz et de biodiesel à partir de microalgues a permis de souligner l’importante contribution de l’électricité aux différents impacts évalués. Une ACV de production de biodiesel avec un mix électrique comprenant des énergies renouvelables a été faite de manière à évaluer les diminutions d’impacts potentiels, et à les comparer avec des améliorations de productivité. L’ACV est un outil d’évaluation statique, les caractéristiques temporelles et spatiales sont perdues lors de la phase d’agrégation des émissions dans la phase d’inventaire. De plus lors de la phase d’évaluation des impacts, il est supposé que les processus écologiques répondent de manière linéaire aux perturbations environnementales et que les effets seuils sont négligés. Pour pallier ces lacunes, les dynamiques temporelles au niveau de l’évaluation des impacts sont de plus en plus intégrées par la communauté scientifique. Un travail préalable nécessaire est l'obtention d'un inventaire du cycle de vie dynamique. Cette thèse propose une méthodologie pour réaliser un inventaire dynamique lors d'une ACV. Celle-ci est construite par l’indentification des flux clés dans le système par des analyses de sensibilité. La procédure compare ensuite pour les flux préalablement sélectionnés les dynamiques intrinsèques des émissions ou des échanges dans la technosphère avec les dynamiques des impacts envisagés. A ce titre, des dimensions temporelles des impacts sont proposées et discutées. Ce travail est ensuite illustré sur des cas théoriques et des systèmes réels du domaine des bioénergies. Biofuel production from microalgae is more and more pointed out as an interesting alternative to produce bioenergy. An innovative way for taking advantage of the energetic content of the microalgae is to directly carry out anaerobic digestion, and to use the biogas as a biofuel. This PhD work focuses on the environmental evaluation of this new technology. A critical review of Life Cycle Assessment (LCA) studies of algal biofuels is firstly done. Then a prospective LCA of microalgae culture coupled to biogas production is carried out, based on bibliographic data, experimental results and dynamic models. Literature about biofuel and biogas production from microalgae has underlined the high contribution of electricity to the assessed impacts. A LCA of biodiesel production using electricity produced by local and renewable sources has been undertaken in order to estimate potential impacts’ modifications and to compare them with the consequences of an increase of microalgal productivity. Life Cycle Inventory (LCI) is usually based on steady-state and linear models of elementary processes and temporal or spatial variations of commodity flows and emissions are most of the time ignored or aggregated within the overall uncertainty. Furthermore Life Cycle Impact Assessment (LCIA) framework generally assumes that the biological processes respond linearly to environmental disturbances and that threshold effects can be neglected. As the development of dynamic impact methods is based on dynamic inventory data, it seems essential to develop a general methodology to achieve a temporal LCI. This PhD thesis presents a methodology to pursue a dynamic LCI based on the identification of key flows by sensitivity analyses. Once these commodity flows and environmental flows have been identified, their own timescales are compared to the inherent timescales of the impact categories affected by the flows. From this perspective, temporal dimensions of different impact categories are suggested and discussed. This approach is illustrated by theoretical and existing bioenergy systems.

Cette thèse porte sur l’analyse et le contrôle optimal d’un digesteur anaérobie. L’objectif est de proposer une stratégie de commande optimale pour maximiser la quantité de biogaz produit dans un bioréacteur anaérobie sur une période de temps donnée. Plus particulièrement, à partir d’un modèle simple de bioprocédé et en considérant une classe importante de cinétiques de croissance, nous résolvons un problème de maximisation de biogaz produit par le système pendant un temps fixé, en utilisant le taux de dilution D(.) comme variable de contrôle. Dépendant des conditions initiales du système, l’analyse du problème de contrôle optimal fait apparaître des degrés de difficulté très divers. Dans une première partie, nous résolvons le problème dans le cas où le taux de dilution permettant de maximiser le débit de gaz à l’équilibre est à l’intérieur des bornes minimales et maximales du débit d’alimentation pouvant être appliqué au système : il s’agit du cas WDAC (Well Dimensioned Actuator Case). La synthèse du contrôle optimal est obtenue par une approche de comparaison de trajectoires d’un système dynamique. Une étude comparative des solutions exactes avec celle obtenues avec une approche numérique directe en utilisant le logiciel “BOCOP” est faite. Une comparaison des performances du contrôleur optimal avec celles obtenues en appliquant une loi heuristique est discutée. On montre en particulier que les deux lois de commande amènent le système vers le même point optimal. Dans une deuxième partie, dans le cas où l’actionneur est sous- (ou sur-) dimensionné, c’est-à-dire si la valeur du taux de dilution à appliquer pour obtenir le maximum de biogaz à l’équilibre est en dehors de la valeur minimale ou maximale de l’actionneur, alors nous définissons les cas UDAC (Uder dimensioned Actuator Case) et ODAC (Over Dimensioned Actuator Case) que nous résolvons en appliquant le principe du maximum de Pontryagin This thesis focuses on the optimal control of an anaerobic digestor for maximizing its biogas production. In particular, using a simple model of the anaerobic digestion process, we derive a control law to maximize the biogas production over a period of time using the dilution rate D(.) as the control variable. Depending on initial conditions and constraints on the actuator, the search for a solution to the optimal control problem reveals very different levels of difficulty. In the first part, we consider that there are no severe constraints on the actuator. In particular, the interval in which the input flow rate lives includes the value which allows the biogas to be maximized at equilibrium. For this case, named WDAC (Well Dimensioned Actuator Case) we solve the optimal control problem using classical tools of differential equations analysis. Numerical simulations illustrate the robustness of the control law with respect to several parameters, notably with respect to initial conditions. We use these results to show that an heuristic control law proposed in the literature is optimal in a certain sense. The optimal trajectories are then compared with those given by a purely numerical optimal control solver (i.e. the "BOCOP" toolkit) which is an open-source toolbox for solving optimal control problems. When the exact analytical solution to the optimal control problem cannot be found, we suggest that such numerical tool can be used to intuiter optimal solutions. In the second part, the problem of maximizing the biogas production is treated when the actuator is under (-over) dimensioned. These are the cases UDAC (Under Dimensioned Actuator Cases) and ODAC (Over Dimensioned Actuator Cases). Then we solve these optimal problems using the Maximum Principle of Pontryagin.

Les microalgues suscitent aujourd’hui un intérêt grandissant tant les applications qui convergent autour de ces cellules sont nombreuses. De la production d’énergie à la nutrition humaine et animale, en passant par le traitement des rejets anthropiques, chercheurs et industriels s’investissent dans ces vastes domaines d’application. Il y a aujourd’hui une multitude de verrous scientifiques et technologiques qui méritent d’être levés, carrefours d’innovations entre approches agro-écologiques et visions techno-économiques, pour parvenir à créer une filière industrielle sur le sujet. Cet article se propose de dresser un panorama du spectre des possibles et de présenter certains travaux de l’INRA sur le sujet. Microalgae are currently the topic of a growing interest due to their high and numerous potentialities. Internationally, scientists and industries are deeply involved looking at fields of application such as energy production, human and animal nutrition, treatment of anthropogenic waste. There are still a lot of scientific and technological bottlenecks and challenges that need to be solved and a high potential for innovations between agro-ecological and techno-economical appproaches to succeed in creating an industrial sector. This article aims to provide an overview of the spectrum of potentialies and present some INRA work on the subject.

Comportement hydrique des sols forestiers ayant été tassés douze ans auparavant. GFHN – 41. Journées Scientifiques

Promotion de systèmes alimentaires durables en Méditerranée au service de la nutrition et de la santé. Séminaire Transversal MOISA : Systèmes Alimentaires en Méditerranée (SAM)