Éco-efficience et yogourt grec: une question de frontières? - Colloque STELA
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Éco-efficience et yogourt grec:
une question de frontières?
Yves Pouliot1, Catherine Houssard2, Manuele Margni2
1. Centre STELA-INAF, Université Laval, Québec, Qc Colloque STELA 2019
2. CIRAIG, CIRODD, École Polytechnique de Montréal, Montréal, Qc Les défis du développement durable
pour le secteur laitier
Québec, Qc, Canada
27 Mai 2019
LE CONTEXTE 1
LE PRINCIPE D’ÉCO-EFFICIENCE
“Produire plus avec moins”
“Qualité plutôt que quantité”
Activités économiques
Découplage ressources /
activités économiques
“plus de valeur par kg”
Ressources utilisées
Découplage ressources
impact environnemental Impact
“moins d’impact par kg” environnemental
Présent Futur
(WBCSD, 2000)
2
LE CONTEXTE : UN SECTEUR LAITIER EN PLEINE MUTATION
Économie
Consommation • Accords de libres échanges
• Nouveaux produits • Gestion de l’offre
• Qualité / Santé • Concurrence
• Sensibilisation écologique • Croissance
CONTRAINTES
INCERTITUDES
Technologie Réglementation
• Innovations (technologies
• Ingrédients laitiers
membranaires)
• Normes environnementales
• Valorisation co-produits
3
LE YOGOURT GREC : UN MARCHÉ À LA CROISSANCE FULGURANTE UN CASSE-TÊTE POUR LA GESTION DU LACTOSÉRUM
QUELLES ALTERNATIVES TECHNOLOGIQUES POUR
SOLUTIONNER LA PROBLÉMATIQUE DU LACTOSÉRUM ACIDE ?
Centrifugation (CE) Fortification (FO) Ultrafiltration (UF)
3,5 kg Lait 2,7 kg 3,4 kg
Écrémage Écrémage Écrémage
MPC 80
Fortification Ultrafiltration
0,03 kg
Traitement Traitement Traitement
thermique thermique thermique
Fermentation Fermentation Fermentation
Centrifugation Centrifugation
0,34 kg 1 kg 2,1 kg 0,27 kg 1 kg 1,6 kg 0,33 kg 1 kg 2,0 kg
crème YG Lactosérum crème YG Lactosérum crème YG Lactosérum
10 % prot. acide 10 % prot. acide 10 % prot. doux
5
0 % MG 0 % MG 0 % MG
QUELS AVANTAGES, QUELS INCONVÉNIENTS ?
CENTRIFUGATION (CE) FORTIFICATION (FO) ULTRAFILTRATION (UF)
ALTERNATIVE 2
ALTERNATIVE 1
• 1 kg de yogourt • 1 kg de yogourt • 1 kg de yogourt
RÉFÉRENCE
• 3,6 kg de lait • Moins de lait • Un peu moins de lait
• 0,34 kg de crème • Moins de crème • Un peu moins de crème
• 2,1 kg de lact. acide • Moins de lact. acide • Pas de lactosérum acide
• Ajout d’ingrédients (lactosérum doux)
• Réduction coût opérations • Amélioration rendement
• Faible coût d’investissement • Réduction coût opérations
• Valorisation lactosérum doux
• Ingrédients étrangers • Coût d’investissement
• Réduction des revenus des • Qualité produit
producteurs laitiers
• Qualité produit
• Vaut-il mieux valoriser le lactosérum ou non ?
• Quelle technologie à la meilleure performance environnementale ?
• Quelle option permet de créer le plus de valeur pour la
société québécoise ?
LA QUESTION DE RECHERCHE ET
L’APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE
7
LA QUESTION DE RECHERCHE
Quelle est la façon la plus éco-efficiente de produire du yogourt grec
afin d’optimiser l’utilisation des constituants du lait
dans une perspective de développement durable ?
Fermier
Valeur Transfo-r Société
Environnement société
mateur
Conso-
mmateur
Réduire significativement Créer de la valeur Agir efficacement
les impacts partagée pour rencontrer les ODD 2030
8
APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE
UNE APPROCHE HOLISTIQUE Basée sur les standards
• ISO 14040
• ISO 14044
• ISO 14045
Vision systémique Cycle de vie complet Analyse multicritères
la sortie usine
Production à
Lait Appro. MP
Valeur
• Profit transformateur
Transfo-rma • Valeur ajoutée chaine de valeur
Cycle de vie complet
• Valeur organoleptique
Système de produits
tion
• Valeur nutritionnelle, etc..
Yogourt grec
• Changements climatiques
Distribution
Crème • Santé humaine
• Écosystèmes
Consom-ma • Épuisement des ressources
Lactosérum
tion
Impacts env.
Fin de vie
9APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE
OPTIONS DÉVELOPPÉES EN PARTENARIAT AVEC 3 INDUSTRIELS DE NOVALAIT,
L’UNIVERSITÉ LAVAL ET LA CHAIRE EN VALORISATION DES MATIÈRES RÉSIDUELLES
DE POLYTECHNIQUE
3 options d’approvisionnement 3 options technologiques 3 options de valorisation
en MPC du lactosérum
Valorisation
Approvisionnement Fabrication
produits
Lait Lactosérum
canadien Centrifugation • Alimentation animale
• Biogaz
Ultrafiltration • EPS
Protéines
laitières Yogourt grec
Fortification
MPC en poudre (USA) • 0% MG; 10 % protéines
MPC liquide (USA)
MPC liquide (Canada) Crème
10APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE : MODÉLISATION DES
PROCÉDÉS PAR EXTENSION DE FRONTIÈRES
Transport, emballages, utilités : énergie, eau, produits chimiques, etc…
Procédés substitués
Production
lait
Crème écrémage
Production du T
lait à la ferme Procédés
+ _
à l’usine de Crème
Séchage
transformation
Production T
des MPC Lactosérum
T Production
(FO) + _ céréales
équivalent Nourriture
T animale
nourriture animale
Yogourt 1 kg de
grec (YG) T YG
T : transport Distribution Consommation
consommé
Traitement
Waste treatment
des déchetsLES RÉSULTATS 12
Lequel de ces procédés d’enrichissement en protéines a à priori l’impact environnemental le plus élevé? a) La centrifugation du yogourt - CE b) La fortification par des concentrés protéiques - FO c) L’ultrafiltration du lait -UF
FRONTIÈRES DES MURS DE L’USINE DE TRANSFORMATION
COMPARAISON PROCÉDÉS CE, FO, UF
• Principaux contributeurs : procédés utilisant du gaz naturel
• L’UF semble avoir un impact plus élevé CE : Centrifugation
CE (HO) : Centrifugation avec homogénéisation
FO : Fortification
UF : Ultrafiltration
100%
80%
60%
40%
20%
0%
CE CE FO UF CE CE FO UF CE CE FO UF CE CE FO UF
(HO) (HO) (HO) (HO)
Kg CO2 eq. DALY pdf*m2*an MJ
Changement climatique Santé Humaine Qualité Écosystème Ressources
Entrée et stockage lait Chauffage à 55 deg C avant écrémage Écrémage
Mélange MPC Ultrafiltration Traitement thermique
Refrodissement à 42 deg C Fermentation Centrifugation
Refroidissement à 15 deg C CIP Homogénéisation
Source : Houssard et Maxime, 2019; Benoît et Houssard, 2017 : ACV du yogourt grec phase de transformation – UF 1kg de YG à 0 % de MG et 10 %
de protéines – approche par extension de frontières; Méthode d’évaluation des impacts : Impact World+ endpoint v1.41 et midpoint v1.23; écoinvent
14 v3.4Est-il plus éco-efficient de produire du yogourt grec ? En utilisant : a) du lait 100 % canadien b) du lait 100 % américain c) du lait canadien et des MPC liquides américains ? d) du lait canadien et des MPC en poudre américains ?
FOCUS SUR LES APPROVISIONNEMENTS DE MPC
• Le lait US a plus d’impacts que le lait MPC-P-US : MPC en poudre USA;
MPC-L-US : MPC liquide USA;
canadien MPC-L-QC : MPC liquide Québec;
7,00E-01 6,00E-07 7,00E-01 2,00E+00
6,00E-01 6,00E-01 1,80E+00
5,00E-07
1,60E+00
5,00E-01 5,00E-01
4,00E-07 1,40E+00
4,00E-01 4,00E-01 1,20E+00
3,00E-01 3,00E-07 3,00E-01 1,00E+00
8,00E-01
2,00E-01 2,00E-07 2,00E-01
6,00E-01
1,00E-01 1,00E-01 4,00E-01
1,00E-07
0,00E+00 0,00E+00 2,00E-01
MPC-P-US
MPC-L-US
MPC-L-QC
MPC-P-US
MPC-L-US
MPC-L-QC
0,00E+00 0,00E+00
MPC-P-US
MPC-L-US
MPC-L-QC
MPC-P-US
MPC-L-US
MPC-L-QC
kg CO2 eq. PDF*m2*yr
DALY MJ deprived
Changements Qualité des
climatiques Santé humaine écosystèmes Ressources fossiles
Source : Houssard et Maxime, 2019 : ACV du yogourt grec phases d’approvisionnement – UF 1kg de YG à 0 % de MG et 10 % de protéines
16 ; Méthode d’évaluation des impacts : Impact World+ endpoint v1.41 et midpoint v1.23; écoinvent v3.4 -Lequel de ces facteurs contribue le plus aux impacts environnementaux du yogourt grec ? a) La génération du lactosérum b) La production du lait à la ferme c) Les emballages d) Le procédé de concentration du lait
FRONTIÈRES APPRO ET TRANSFORMATION
COMPARAISON PROCÉDÉS CE, FO, UF
• Principaux contributeurs : le lait et les MPC
• 3 % de perte de lait/produit représente 2 fois les
impacts sur les CC des procédés de transformation.
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
FO-L-Qc
FO-L-Qc
FO-L-Qc
FO-L-Qc
CE (HO)
FO-S-US
FO-L-US
CE (HO)
FO-S-US
FO-L-US
CE (HO)
FO-S-US
FO-L-US
CE (HO)
FO-S-US
FO-L-US
UF
UF
CE
UF
UF
CE
CE
CE
Kg CO2 eq. DALY pdf*m2*an MJ
Changement climatique Santé Humaine Qualité Écosystème Ressources
Lait Canadien MPC Emballage primaire
Emballage secondaire Ecrémage Ultrafiltration
Traitement thermique Centrifugation Refroidissement à 15 deg C
CIP Homogénéisation Empaquetage & stockage
Général usine Autre Pertes usine (1%)
Pertes usine (3%)
CE / CE (HO) : Centrifugation ss/ac homogénéisation; FO-S-US : Fortification avec MPC 80 solide US; FO-Li-US :
Fortification avec MPC 80 liquide US ; FO-Li-Qc : Fortification avec MPC 80 liquide Qc; UF : Ultrafiltration
Source : ACV du yogourt grec phases de production et de transformation – UF 1kg de YG à 0 % de MG et 10 % de protéines – approche par
18 extension de frontières; Méthode d’évaluation des impacts : Impact World+ endpoint v1.41 et midpoint v1.23; écoinvent v3.4 -
Houssard et Maxime, 2019; Benoît et Houssard, 2017Finalement, lorsqu’on adopte une perspective systémique, quelle alternative technologique est la plus éco-efficiente ? a) La centrifugation du yogourt - CE b) La fortification par des concentrés protéiques - FO c) L’ultrafiltration du lait -UF
ACV COMPLÈTE
DES APPROS DE MATIÈRE PREMIÈRE À LA FIN DE VIE
COMPARAISON PROCÉDÉS CE, FO, UF
8,00E+00
1,50E+01 1,20E-05
Avec 50 % de réduction des pertes et du gaspillage lors des phases de distribution et de consommation
Impacts
6,00E+00 2,10E+01
1,00E+01
7,00E-06 4,00E+00
1,10E+01
5,00E+00
2,00E+00
2,00E-06
0,00E+00 1,00E+00
0,00E+00
Crédits
-3,00E-06 -2,00E+00
-5,00E+00 -9,00E+00
-4,00E+00
-8,00E-06
-1,00E+01 -1,90E+01
-6,00E+00
-1,50E+01 -1,30E-05 -8,00E+00 -2,90E+01
CE
FO-L-QC
UF
FO-S-US
FO-L-US
FO-S-US
FO-L-US
CE
UF
FO-L-QC
FO-S-US
FO-L-US
CE
UF
FO-L-QC
FO-S-US
FO-L-US
CE
UF
FO-L-QC
PDF*m2*yr
kg CO2 eq DALY MJ deprived
Qualité des écosystèmes
Changements climatiques Santé Humaine Ressources
Source : ACV complète du yogourt grec– UF 1kg de YG à 0 % de MG et 10 % de protéines – approche par extension de frontières; Méthode
d’évaluation des impacts : Impact World+ endpoint v1.41 et midpoint v1.23; écoinvent v3.4 -
20
Houssard et Maxime, 2019; Benoît et Houssard, 2017PROFIL D’ÉCO-EFFICIENCE
COMPROMIS ENTRE IMPACT ENV. ET CRÉATION DE VALEUR
PERSPECTIVE MANUFACTURIER PERSPECTIVE CHAÎNE DE VALEUR
eco- 20 eco-
20 Compromis
Compromis efficient efficient
15 15
UF
Δ Profit manufacturier (pt)
UF 10
Δ Valeur ajoutée (pt)
10
FO-P-US FO-L-QC 5 5
FO-L-US
0 CE 0 CE
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
-5 -5
-10 -10
FO-P-US FO-L-QC
-15 -15
FO-L-US
Compromis Compromis
-20 -20
Δ amélioration env. (pt) Δ amélioration env. (pt)
FO-P-US : Fortification MPC US en poudre
CE : Centrifugation
FO-L-US : Fortification MPC US liquide
UF : Ultrafiltration
FO-L-QC : Fortification MPC Qc liquide
Source: ACV complète du yogourt grec– UF 1kg de YG à 0 % de MG et 10 % de protéines –approche par extension de frontières;
Méthode d’évaluation des impacts : Impact World+ endpoint v1.41 et midpoint v1.23; écoinvent v3.4 -
21 Houssard et Maxime (2019) ; Valeur calculée sur données marché PLQ (2017) compilées par Houssard et Bouchard-Santerre (2018)“TAKE HOME MESSAGES” 22
LES PERSPECTIVES POUR LES ACTEURS DE LA FILIÈRE
PRODUCTEURS LAITIERS
• Le lait canadien : une des empreintes
environnementales les plus faible au monde.
MEUGLEZ-LE !
TRANSFORMATEURS
• Options de fortification avec ingrédients US : MOINS ÉCO-EFFICIENT
• Compromis à faire : UF meilleure valeur ajoutée que CE
CE meilleure empreinte env. que UF
• Promouvoir produits à haute teneur en protéines et faible teneur en MG
CONSOMMATEURS
• Choisir des produits laitiers 100 % canadiens et riches en protéine
• Choisir du yogourt grec faible en MG
• Réduire le gaspillage alimentaire
23NÉCESSITÉ D’UNE SYNERGIE D’ACTION DES ACTEURS
Créer de la
valeur partagée
ÉCONOMIE
Assurer la
profitabilité
Réduire Atteindre les
significativement Équilibre ODD 2030
les impacts
ÉCOLOGIE SOCIÉTÉ
Préserver Répondre aux
l’environnement attentes de la
société
24 Inspiré du modèle stratégique de BASF, un leader mondial de l’éco-efficiencePARCE QU’IL N’Y A PAS DE PLANÈTE B. 25
MERCI À TOUS LES PARTENAIRES! 26
QUESTIONS?
Catherine Houssard
catherine.houssard@polymtl.ca
ciraig-choussard
linkedin.com/in/catherine-
houssard-ing-82a8ba18/
27EXTRA 28
Détail des procédés : Principe du système de régénération de chaleur Zone qui requière un traitement thermique pour SU et pas pour SC et SF Source: Simulation procédés (Benoît, 2017) 29
APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE : DE LA COLLECTE DES
DONNÉES AUX RÉSULTATS D’ÉCO-EFFICIENCE
1 COLLECTE DES DONNÉES
Données d’avant plan Données d’arrière plan
Matières premières, énergies, émissions, déchets 2
+ + ICV
PARAMÉTRES LOGICIEL DE BASE DE DONNÉES SIMAPRO
USINE SIMULATION DE D’INVENTAIRE
PROCÉDÉS QUÉBÉCOISE
ECOINVENT QC MEI
4 ÉVALUATION VALEUR ÉVALUTION IMPACTS 3
5 Indicateurs
Indicateurs
valeur NORMALISATION env.
IMPACT WORLD+
DONNÉES DE & PONDERATION
MARCHÉS Normalisé sur le PIB de Normalisé sur l’empreinte
l’industrie laitière environnementale de
canadienne l’ndustrie laitière
canadienne
6
QUANTIFICATION XY graph
profil EE
DE L’EE
30RÉSULTATS : ANALYSE DE SENSIBILITÉ À LA TENEUR EN
PROTÉINE ET EN MATIÈRE GRASSE
Sensibilité à la concentration en Sensibilité à la concentration en
protéine matière grasse
Changements climatiques Changements climatiques
en kg eq. CO2 en kg eq. CO2
0,00E+00
7,00E+00
-5,00E-01
6,00E+00
-1,00E+00
5,00E+00
-1,50E+00
4,00E+00
-2,00E+00
3,00E+00
-2,50E+00
2,00E+00
-3,00E+00
1,00E+00
-3,50E+00
0,00E+00
-4,00E+00
-1,00E+00
-4,50E+00
-2,00E+00
-5,00E+00 0% 1,50% 2,50% 3,50%
8% 10% 15% 20%
Centrifugation Fortification (P-US) Ultrafiltration Centrifugation Fortification (P-US) Ultrafiltration
Source : Houssard et Maxime, 2019 : ACV complète du yogourt grec– UF 1kg de YG à 0 % de MG et 10 % de protéines – approche par extension de
frontières avant pertes & gaspillage; Méthode d’évaluation des impacts : Impact World+ endpoint v1.41 et midpoint v1.23; écoinvent v3.4 -
31RÉSULTATS : ANALYSE DE SENSIBILITÉ SUR LA
PROVENANCE ET LE TANSPORT DES INGRÉDIENTS
LAITIERS
7,50E-01
MPC-L-US
7,00E-01
MPC-P-US
6,50E-01 Baseline P-US MPC-P-US*
KG OF CO2 EQ.
6,00E-01
MPC-L-QC
Baseline L-US
5,50E-01
5,00E-01
4,50E-01
Baseline L-QC
4,00E-01
0 km 250 km 500 km 750 km 1000 km 1250 km 1500 km 3000 km 5000 km
TRANSPORTATION DISTANCE
Source : Houssard et Maxime, 2019 : UF 1kg de YG à 0 % de MG et 10 % de protéines - Méthode d’évaluation des impacts : Impact World+ endpoint
v1.41 et midpoint v1.23; écoinvent v3.4 -
32RÉSULTATS : ANALYSE DE SENSIBILITÉ SUR L’IMPACT DE
LA RÉDUCTION DES PERTES ET DU GASPILLAGE
4,20E+00
4,15E+00
4,10E+00
4,05E+00
4,00E+00
L&W at plant
KG OF CO2 EQ.
3,95E+00
L&W distrib & household
3,90E+00
L&W plant + distrib & household
3,85E+00 PS cont. weight
3,80E+00 PS versus PP cont. rate
3,75E+00 PS weight + rate
3,70E+00 Energy cons. at plant (Elec+NG)
3,65E+00
3,60E+00
Reference -1% -2% -3% -4% -5% -6% -7% -8% -9% -10%
REDUCTION EFFORTS
Source : Houssard et Maxime, 2019 : UF 1kg de YG à 0 % de MG et 10 % de protéines - Méthode d’évaluation des impacts : Impact World+ endpoint
v1.41 et midpoint v1.23; écoinvent v3.4 -
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