Science | “Life Cycle Assessment of the Athena X-ray Integral Field Unit” was published in Experimental Astronomy (en/fr)

Since 2021, the X-IFU consortium is involved in a life cycle assessment (LCA) of the instrument, in order to evaluate and reduce the environmental impacts associated with its development. This is a pioneering process in the field of astrophysics research, as LCA are sparse. The result of this long-term work is a scientific publication reporting the results of the LCA. This publication, entitled “Life Cycle Assessment of the Athena X-ray Integral Field Unit“, was published in Experimental Astronomy in April 2024. It is freely available on ArXiv.

Integrating environmental constraints into astrophysics research

The climate crisis demands urgent action from all parts of society, including the scientific community. This is why environmental considerations need to be integrated into astrophysics research, with life cycle assessment as the first step. LCA is an eco-design approach that assesses the environmental impact of a product or service from conception to end-of-life, by quantifying the flows of energy and materials used. This approach, detailed in the scientific publication, and the results obtained, aim to highlight the most significant environmental impacts associated with the building of X-IFU, and to make recommendations for reducing them. As the X-IFU design evolved along the reformulation of the Athena X-ray observatory mission, a second life cycle assessment is being performed to extend these initial results.

Life cycle assessment: which method?

The X-IFU LCA was carried out under a contract with SCALIAN, a company able to assess the environmental impact of space projects. At the time this LCA was carried out, very few scientific projects had been the subject of such a study, which confronted the teams with the lack of pre-existing data. From a methodological point of view, an LCA takes place in three phases:

• definition of its goal and scope ;
• the life cycle inventory analysis phase;
• the life cycle impact assessment phase.

The objective definition phase identifies the goal of the assessment, its scope, applications, target audience and stakeholders. The life-cycle inventory analysis phase inventories, collects and organizes the necessary data. At this stage, the issue of the heterogeneity of the data collected represents a major challenge in the conduct of the study. The life-cycle impact assessment phase quantifies environmental impacts according to the various indicators used in the study, and identifies the points of greatest consumption.

Our results

This analysis focused on the supply, manufacture and testing of X-IFU subsystems, as well as the logistics and manpower involved. We find that the most significant environmental impacts come from testing activities (linked to energy consumption in clean rooms), office work (linked to energy consumption in buildings) and instrument manufacturing (linked to the use of mineral and metal resources). We estimate a total carbon footprint of 25.5 ktCO2eq associated with the development, testing and delivery of X-IFU subsystems. In addition to the work undertaken to reduce the environmental footprint associated with travel within the Consortium since 2019, the study concludes on the importance of focusing reduction actions on the three points previously stated. The lifecycle analysis that began in the first half of 2024 will result in an updated LCA, maintaining the ambition to reduce X-IFU’s environmental footprint, while complying with rigorous requirements in terms of risk management and performance.

Article en français :

Depuis 2021, le consortium X-IFU est engagé dans une démarche d’analyse de cycle de vie (ACV) de l’instrument, de manière à évaluer et réduire les impacts environnementaux associés à son développement. Il s’agit d’un processus pionnier dans le domaine de la recherche en astrophysique car les analyses de cycle de vie restent encore à la marge. Ce travail de long-terme aboutit à une première publication scientifique relatant les résultats et les principaux impacts environnementaux sur lesquels prioriser les actions de réduction. Cette publication intitulée “Life Cycle Assessment of the Athena X-ray Integral Field Unit” a été publiée dans Experimental Astronomy en avril 2024. Elle est en accès libre sur ArXiv.

Intégrer les contraintes environnementales dans la recherche en astrophysique

La crise climatique exige une action urgente de la part de toutes les composantes de la société, y compris de la communauté scientifique. C’est pourquoi il convient d’intégrer les considérations environnementales dans la recherche en astrophysique et l’analyse de cycle de vie en constitue la première étape. L’ACV est une démarche d’éco-conception qui évalue les impacts environnementaux d’un produit ou d’un service depuis sa conception à sa fin de vie, en quantifiant les flux d’énergie et de matière utilisés. Cette démarche détaillée dans la publication scientifique et les résultats obtenus visent à mettre en évidence les impacts environnementaux les plus significatifs de la conception du X-IFU et à émettre des recommandations pour les réduire. Alors que le design de l’instrument vient de changer suite à la reformulation de la mission Athena, une seconde analyse du cycle de vie débute actuellement pour mettre à jour et affiner ces premiers résultats.

Analyse de cycle de vie : quelle méthode ?

L’ACV du X-IFU a été réalisée dans le cadre d’un contrat avec SCALIAN, une société spécialiste de la transformation des entreprises et qui dispose d’une expertise forte dans l’évaluation de l’impact environnemental des projets spatiaux. Au moment où cette ACV a été réalisée, très peu de projets scientifiques avaient fait l’objet d’une telle étude ce qui a confronté les équipes au manque de données pré-existantes. D’un point de vue méthodologique, une ACV se déroule en trois phases qui sont :

• la définition de son objectif et de son champ d’application ;
• la phase d’analyse de l’inventaire du cycle de vie ;
• la phase d’évaluation de l’impact du cycle de vie.

La phase de définition de l’objectif permet d’identifier l’objectif de l’évaluation, son périmètre, ses applications, le public cible et les parties prenantes. La phase d’analyse de l’inventaire du cycle de vie permet d’inventorier, de collecter et d’organiser les données nécessaires. À cette étape, la question de l’hétérogénéité des données recueillies constitue un défi majeur dans la conduite de l’étude. La phase d’évaluation de l’impact du cycle de vie permet de quantifier les impacts environnementaux selon les différents indicateurs utilisés dans l’étude et de déterminer quels sont les points les plus consommateurs.

Les résultats obtenus

Cette analyse a principalement porté sur la fourniture, la fabrication et les tests des sous-systèmes du X-IFU, ainsi que sur la logistique et la main-d’œuvre impliquées. Nous constatons que les impacts environnementaux les plus significatifs proviennent des activités de test (liées à la consommation d’énergie dans les salles blanches), du travail de bureau (lié à la consommation d’énergie dans les bâtiments) et des matériaux entrant dans la réalisation de l’instrument (liée à l’utilisation de ressources minérales et métalliques). Nous estimons à 25,5 ktCO2eq l’empreinte carbone totale liée au développement, aux essais et à la livraison des sous-systèmes du X-IFU. En plus du travail entrepris pour réduire l’empreinte environnementale liée aux déplacements dans le cadre des activités du consortium (depuis 2019), l’étude conclue sur l’importance de concentrer les actions de réduction sur les trois points précédemment énoncés. L’analyse du cycle de vie qui a débuté au premier semestre 2024 aboutira à une ACV actualisée, en conservant l’ambition de réduire l’empreinte environnementale du X-IFU, tout en se conformant aux exigences rigoureuses en termes de gestion des risques et de performance.

Links / Liens : 

• CNRS (fr)
• IRAP (en/fr)
• OMP (fr)

Authors / Auteurs :

Didier Barret | Vincent Albouys | Jürgen Knödlseder | Xavier Loizillon | Matteo D'Andrea | Florence ARDELLIER-DESAGES | Simon Bandler | Pieter Dieleman | Lionel Duband | Luc Dubbeldam | Claudio Macculi | Eduardo Medinaceli | François Pajot | Damien Prêle | Laurent Ravera | Tanguy Thibert | Isabel Vera Trallero | Natalie Webb

Institutions :

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