GFM Évaluation de l'incidence

Le Gap Filling Module d'évaluation de l'incidence effectue l'Évaluation de l'Incidence du Cycle de Vie (EICV) en convertissant les flux environnementaux (émissions et consommation de ressources) en scores d'incidence standardisés. En utilisant les facteurs de caractérisation du GIEC, il calcule les équivalents CO2 et d'autres indicateurs environnementaux pour les produits alimentaires tout au long de leur cycle de vie.

Référence rapide

Propriété	Description
S'execute sur	Types ActivityNode incluant FoodProcessingActivityNode, ModeledActivityNode, SupplySheetActivityNode
Dépendances	MatrixCalculationGapFillingWorker (doit être terminé en premier)
Entrée clé	Flux environnementaux (echanges de biosphere) du calcul matriciel
Sortie	Valeurs d'évaluation de l'incidence (équivalents CO2), consommation d'eau rare
Déclencheur	S'execute sur les noeuds d'activité après le calcul des flux environnementaux

Quand il s'exécute

Le module se déclenche lorsque :

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

Sortie clé

Le module ajoute des propriétés d'évaluation de l'incidence aux noeuds d'activité et à leurs noeuds de flux parents :

• Évaluation de l'incidence : Valeurs d'équivalent CO2 utilisant les méthodes de caractérisation demandees
• Consommation d'eau rare : Empreinte de rareté en eau en litres

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Méthodologie scientifique

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

L'Évaluation 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'évaluation de l'incidence l'implémente en :

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

Méthode de caractérisation du GIEC

Le module utilise la méthode GIEC 2013 GWP100à (Potentiel de Réchauffement Global, horizon de 100 ans) comme approche de caractérisation principale :

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

Facteurs de Potentiel de Réchauffement Global

Facteurs de caractérisation clés du Cinquieme Rapport d'Évaluation du GIEC (AR5) :

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

Le système 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 cohérence avec les bases de données ACV établies.

Sources des facteurs de caractérisation

Les facteurs de caractérisation proviennent de :

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

Catégories d'incidence prises en charge

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

Catégorie d'incidence	Méthode	Unité	Description
Changement climatique	GIEC 2013 GWP100à	kg CO2-éq	Potentiel de réchauffement global sur 100 ans
Rareté en eau	AWARE	L	Consommation d'eau rare

Des méthodes d'évaluation de l'incidence supplémentaires peuvent être chargées via le drapeau --import_all_impact_assessments lors de l'importation des données.

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Détails d'implémentation

Formule de calcul

Le calcul de base applique les facteurs de caractérisation à 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 : Quantité 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 élémentaire (émissions, ressources)

Allocation de flux aux noeuds parents

Les résultats 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'activité, la contribution de chaque ingrédient est correctement attribuée.

Gestion de l'eau rare

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

1. La consommation d'eau est identifiée par un UID de biosphere spécifique (SCARCE_WATER_CONSUMPTION_XID)
2. Extraite des flux environnementaux avant le calcul d'incidence général
3. Stockée comme une ScarceWaterProp dédiée sur les noeuds d'activité et de flux
4. Unité : litres (L)

Ordre de traitement des noeuds

Le module implémente un système de planification pour assurer un ordre d'exécution 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 données

Entrée : Flux environnementaux

Les flux environnementaux sont fournis par le MatrixCalculationGapFillingWorker et comprennent :

Type de flux	Exemples	Direction
Émissions dans l'air	CO2, CH4, N2O, CO, NOx	Sortie (positif)
Émissions dans l'eau	Azote, Phosphore	Sortie (positif)
Émissions dans le sol	Métaux lourds, Pesticides	Sortie (positif)
Consommation de ressources	Pétrole brut, Gaz naturel, Eau	Entrée (négatif)

Sortie : Propriétés d'évaluation de l'incidence

Le module crée 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 caractérisation sont charges à 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

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

Étape 1 : Flux environnementaux du calcul matriciel

Après le calcul matriciel, le noeud d'activité tomate à ces flux environnementaux :

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

Étape 2 : Appliquer les facteurs de caractérisation

En utilisant les facteurs GIEC 2013 GWP100à :

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

Étape 3 : Agreger l'incidence

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

Étape 4 : Allouer au flux parent

Si cette activité tomate fournit 0,5 kg à une recette :

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

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Configuration

Demandé de méthodes d'évaluation de l'incidence

Les méthodes d'évaluation de l'incidence sont spécifiées dans la requête de calcul :

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

Évaluation de l'incidence par défaut

Si aucun terme d'évaluation de l'incidence spécifique n'est configure :

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

Chargement de méthodes supplémentaires

Des méthodes d'évaluation de l'incidence supplémentaires peuvent être importées en utilisant :

python bw_import_controller.py --import_all_impact_assessments

Cela charge les facteurs de caractérisation pour les méthodes au-delà du changement climatique, permettant des évaluations multi-indicateurs.

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Intégration avec le calcul matriciel

Le GFM d'évaluation de l'incidence dépend du GFM de calcul matriciel, qui :

1. Construit la matrice technosphere : Représentant toutes les interconnexions de processus
2. Construit la matrice biosphere : Capturant tous les echanges environnementaux
3. Résout le système : En utilisant l'inversion matricielle pour calculer les flux cumulatifs
4. Remplit environmental_flows : L'entrée pour l'évaluation de l'incidence

Structure matricielle

Les matrices technosphere et biosphere suivent les conventions ACV standard :

Matrice technosphere (A) :

• Diagonale : Quantités de production (typiquement 1,0 pour les processus normalisés)
• Hors diagonale : Flux inter-processus (négatif pour la consommation)

Matrice biosphere (B) :

• Lignes : Flux élémentaires (émissions, ressources)
• Colonnes : Processus
• Valeurs : Quantité de chaque flux par unité 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 caractérisation appliquée par ce GFM.

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Limitations connues

Couverture des substances

• 211 substances caracterisees pour la méthode GIEC GWP100a
• Certaines émissions (carbone noir, aerosols) ne sont pas entièrement caracterisees
• NOx, SO2 et autres émissions liées aux aerosols peuvent ne pas inclure les effets climatiques indirects

Considérations méthodologiques

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

Notes sur la qualité des données

• Facteurs de caractérisation du GIEC AR5 (2013) - mises a jour vers AR6 pas encore implémentées
• Certaines correspondances d'unités supposent "kg CO2-Éq" pour les méthodes GIEC lorsque les données d'unite sont manquantes

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Références

1. GIEC (2013). Changement climatique 2013 : Les bases physiques. Contribution du Groupe de travail I au Cinquieme Rapport d'Évaluation. 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 données pour ecoinvent v3.8. ecoinvent.org

4. PRe Sustainability. Notes d'implémentation SimaPro sur les méthodes GIEC AR5.

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