Contribution to the environmental impact assessment of buildings : numerical modelling of dangerous substances' release to water

Autor: Lupsea, Maria-octavia
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2013
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Popis: Tous les produits de construction ou les ouvrages qui sont en contact avec l’eau de pluie, sont susceptibles de relarguer des composants chimiques potentiellement dangereux pour la santé humaine et l’environnement. Actuellement, le relargage des substances dangereuses dans l’eau est évalué essentiellement par des méthodes expérimentales - généralement des essais de lixiviation réalisées à l’échelle du laboratoire. Par ailleurs, les impacts environnementaux des produits de construction et des bâtiments sont évalués par l’approche Analyse de Cycle de Vie (ACV), réalisées à partir de données propres aux fabricants et de données génériques existantes constituées en bases de données. Or, les émissions de polluants pendant la vie en oeuvre des produits de construction sont actuellement mal prises en compte dans ces mêmes bases de données existantes et dans les méthodes utilisées pour l’évaluation des performances environnementales des produits et des bâtiments.Dans ce contexte, les objectifs de ces travaux ont été : (i) de développer une méthodologie pour l’évaluation du comportement à la lixiviation de différentes matrices de produits de construction et (ii) d’intégrer les données de lixiviation dans les méthodes ACV à l’échelle du bâtiment. La méthodologie développée pour l’évaluation du comportement à la lixiviation des produits de construction est basée sur : (1) des essais de caractérisation à la lixiviation, selon les méthodes standardisées d’évaluation répondant au Règlement Produits de Construction (RPC), (2) la modélisation et la simulation des phénomènes couplés chimie-transport à l’échelle laboratoire et vraie grandeur et (3) l’intégration des données de lixiviation, obtenues par des simulations numériques en conditions d’exposition naturelle des produits de construction, dans les méthodes ACV, aux échelles produit et bâtiment.La méthodologie proposée a été appliquée et validée sur trois produits de construction : le bois traité CBA (Cuivre - Bore - Azole), la plaque fibrociment et la membrane bitumineuse. Les comportements à la lixiviation du bois traité CBA et de la plaque fibrociment a été simulé pour des conditions naturelles d’exposition à long terme, en utilisant le logiciel géochimique PHREEQC®. Les modèles chimiques développées permettent de considérer les matrices organiques et minérales et leurs interactions avec les polluants. Les phénomènes de transport des substances ont été également modélisés. Les modèles d’émission développés (couplage chimie-transport) permettent de simuler la lixiviation dynamique des produits considérés, pour différentes conditions d’exposition. Pour la membrane bitumineuse, seule la caractérisation expérimentale a été réalisée. Les données de lixiviation obtenues lors des simulations sur la durée de vie en oeuvre des produits ont été intégrées dans les inventaires respectifs du cycle de vie (ICV) des produits. Des méthodes d’impact spécifiques ont été utilisées en association avec les inventaires enrichis pour évaluer les impacts “pollution de l’eau”, “toxicité humaine” et “écotoxicité” des produits considérés. L’ACV d’une maison simplifiée a été réalisée en utilisant le logiciel ELODIE. La méthode d’évaluation à l’échelle bâtiment consiste à intégrer les nouvelles données construites sur la base de la méthodologie développée à l’échelle produit aux autres données d’ACV à l’échelle bâtiment. La méthodologie développée au cours de ces travaux permet donc l’intégration des données de lixiviation dans les outils ACV dédiés au bâtiment
Any construction product and building undergoing contact with water during its life cycle can release chemical compounds potentially hazardous for the human health and the environment. The release of dangerous substances is presently investigated especially by experimental approaches commonly by laboratory leaching tests while the environmental impacts of construction products and buildings are evaluated by a Life Cycle Assessment (LCA) approach. The dangerous substances release during use stage of construction products (leaching behaviour) is currently very poorly represented in the existing data bases and methods for environmental assessment of construction products and buildings.In this context, the main objectives of this study were: (i) to develop a methodology for the assessment of the leaching behaviour of various construction products and (ii) to integrate the leaching data in LCA approach at building scale. The methodology developed for the assessment of the leaching behaviour of construction products is based on: (1) characterisation leaching tests at lab scale, following the horizontal standardised assessment methods for harmonised approaches relating to dangerous substances under the Construction Products Regulation (CPR), (2) modelling and simulation of coupled chemical and transport phenomena at lab and field scale, and (3) utilisation of simulated leaching data for the construction products exposed in natural condition with the LCA method for the characterization of the hazardous effect during the use stage. The proposed methodology was applied and validated on three different classical construction products i.e. CBA (Copper-Boron-Azole) treated wood, fibre-cement sheets and bitumen membranes. The leaching behaviour of CBA treated wood and fibre-cement sheets was simulated over several years under natural exposure conditions, using the geochemical software PHREEQC. The chemical models consider both the mineral and the organic matrixes and their interaction with treatmentcompounds. Mass transfer and transport phenomena were modelled. The developed coupled chemical-transport models are able to represent the dynamic leaching behaviour of the respective products in various leaching conditions. For bitumen membranes only experimental characterisation was possible. The leaching data obtained by simulation over the whole use stage of the products were integrated in the life cycle inventory (LCI) and the relevant life cycle impact assessment (LCIA) methods were applied with the enriched inventory. A simplified single-family house was modelled using a software designed to evaluate the intrinsic environmental performances of a building over its entire life cycle. ELODIE software was used in this work. The building scale assessment methodology is based on coupling the methodology developed for the product scale with the Life Cycle Assessment (LCA) at building scale. This methodology allows a proper integration of leaching data in LCA tools and answers several technical questions raised in the field
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