Faculté de l'environnement naturel, architectural et construit ENAC, Section des sciences et ingénierie de l'environnement, Institut des sciences et technologies de l'environnement ISTE (Laboratoire de gestion des écosystèmes GECOS)

Environmental impacts and benefits of information and communication technology infrastructure and services, using process and input-output life cycle assessment

Loerincik, Yves ; Jolliet, Olivier (Dir.) ; Maréchal, François (Dir.)

Thèse sciences Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2006 ; no 3540.

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    Summary
    Sustainable development and the Information Society are two concepts that are not commonly associated. However, both could have a major impact on the other. Information and communication technologies (ICT) may have important negative impacts on the environment. At the same time, ICT can also bring improvements. To provide guidance on how ICT devices and applications can be oriented towards positive effects, new methodology and tools are needed to understand and assess these various effects. In that respect, Life Cycle Assessment (LCA) is a pertinent approach, potentially enabling a holistic and in-depth analysis. This thesis proposes to develop appropriate Life Cycle tools and methodology and to apply them to measure the sustainability of ICT devices and of their applications. Specific objectives are: to explore the possibilities of combining Process LCA (PLCA) and Input-Output LCA (IOLCA), and to develop an operational method for ICT applications; to apply the developed method to assess the direct impacts of a computer network, including software and maintenance and developing strategies, to account for the high renewal rate in ICT technologies; to extend the method to consider not only negative impacts, but also benefits of ICT; to develop a method to address effects on lifestyles and rebound effects, and apply it to assess the impacts and benefits of innovative ICT services; Chapter 1 is a short introduction describing the environmental impacts of ICT and how this work addresses them. Chapter 2 presents the main methodological developments: It looks in detail at how PLCA and IOLCA can be compared and used in a complementary way. A method is developed to compare the two approaches in detail and to evaluate the cut-offs processes – the processes that are not traditionally considered in a PLCA – of two specific ecoinvent processes. The conclusions are that a full integration of PLCA and IOLCA remains difficult with our present level of knowledge. IOLCA could be use to complement PLCA when no other evaluation is available, but IOLCA should also be used as a quality check for PLCA and to determine priorities. Chapter 3 assesses comprehensively the environmental impacts of the computer network of the Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. The LCA shows that the computers have the highest environmental impact, but also that short-term technology changes can reduce significantly their impact. The use phase dominates the impacts, but the production phase is also significant. Finally, using the Input-Output (IO) approach leads us to the conclusion that the service-linked contribution included in the total cost of ownership - that is, all of the costs associated with the computer network - has a significant impact on the environment. Chapter 4 evaluates the impacts and benefits of the ICT application to help the management of urban networks. The CREM, in Switzerland, uses a telemonitoring system to assess the water, electricity, district heating, and natural gas networks to increase the efficiency of their management. We want to know how the environmental and economical costs of the infrastructure and its maintenance compare with the savings. An LCA has been performed using a tiered hybrid approach. It shows that the savings overcome largely the cost and environmental impacts of the infrastructure. Chapter 5 analyses an innovative service developed by France Telecom. The visiophonic station enables the substitution of physical interviews by virtual interviews. A PLCA of the service shows that the saved km due to the shift from physical to virtual interviews dominates the effects on the environment and that the potential savings are therefore important. However, depending on what is consumed when using the time and financial resources made available by the service, the related impacts counterbalance the savings. Rebound effects must therefore be considered, studied, and addressed in the development as well as the implementation of new ICT services. Chapter 6 concludes with recommendations towards environmental beneficial uses of ICT and identifies what is needed for the necessary further LCA developments.
    Résumé
    Le développement durable et la société de l'information sont deux concepts qui sont rarement associés. Pourtant, ils ont, chacun à leur manière, un impact clé sur l'autre. Les impacts des technologies de l'information et de la communication (TIC) sur l'environnement sont importants, mais, de la même manière, l'application des TIC peut aussi générer des bénéfices pour l'environnement. Pour pouvoir guider le développement des TIC et ainsi mettre en avant les bénéfices qu'on peut en tirer, des méthodes et des outils sont nécessaires. L'approche cycle de vie est une approche pertinente pour étudier cette problématique, car elle permet une analyse globale et en profondeur. Cette thèse propose de développer des outils et des méthodes d'analyse de cycle de vie (ACV) pour augmenter la fiabilité de ces analyses. Les objectifs sont : d'explorer les possibilités de combiner les approches processus et Input-Output pour les analyses de cycle de vie et développer une méthode opérationnelle y arriver; d'appliquer cette méthode pour analyser les impacts directs d'un réseau informatique, en incluant les logiciels et la maintenance et développer des stratégies pour réduire les impacts environnementaux lors du renouvellement du parc informatique; d'étendre les méthodes pour prendre en compte non seulement les impacts négatifs, mais aussi les bénéfices que peuvent apporter les TIC; de développer une méthode pour analyser les effets rebonds et l'appliquer pour évaluer les impacts de services innovants; Le chapitre 1 est une courte introduction qui décrit les impacts sur l'environnement des TIC. Le chapitre 2 présente les développements méthodologiques : il étudie en détail comment une ACV par processus et par Input-Output peuvent être comparées et utilisées de manière complémentaire. Une méthode est développée pour comparer les approches et évaluer les processus non pris en compte par l'ACV par processus. La méthode est illustrée par l'application à deux processus de la base de données ecoinvent. Les conclusions montrent qu'une ACV par processus et par la méthode Input-Output ne peuvent pas être sérieusement combinées actuellement. L'ACV Input-Output devrait plutôt être utilisée comme complément à une ACV classique. Le chapitre 3 étudie l'impact sur l'environnement du réseau informatique de l'Ecole Polytechnique fédérale de Lausanne. L'ACV montre que ce sont les ordinateurs qui ont l'impact le plus important, en particulier la phase utilisation, mais la phase production est significative. Des changements techniques pourraient, à court terme, réduire considérablement ces impacts. Finalement le coût total de fonctionnement du réseau a été étudié, en incluant la maintenance, la recherche et le développement, etc... qui ont un impact non négligeable sur l'environnement. Le chapitre 4 décrit l'application des TIC pour la gestion des réseaux urbains à Martigny. Le CREM et les services industriels de cette petite ville utilisent un système de télémonitoring afin de bien comprendre le fonctionnement des réseaux pour améliorer l'efficacité de leur gestion. L'étude a permis de montrer que l'approche est bénéfique autant du point de vue économique qu'environnemental. L'utilisation d'une méthode hybride a permis de monter que les économies sur l'environnement compensent largement les coûts d'infrastructure. Le chapitre 5 analyse un service innovant de France Telecom. La borne visiophonique permet de remplacer un entretien physique par un entretien virtuel. Dans un premier temps, une ACV par processus a montré que les km évités dominent largement les impacts supplémentaires liés à l'infrastructure de l'entretien virtuel et que le service permet une réduction des impacts. L'évaluation des effets rebonds, notamment l'impact résultant des activités et des achats effectués avec le temps et l'argent économisés montre que ces derniers peuvent être importants. Le choix du consommateur est alors crucial. Le chapitre 6 conclut ce travail avec des recommandations pour maximiser les impacts bénéfiques et identifie les besoins futurs pour les développements des ACV.