Bilan carbone de la fabrication du silicium et du transport des cellules
Pour fabriquer du silicium cristallin, il faut mélanger du sable et du quartz. La surface plane de cristaux de silicium obtenue s’appelle un wafer. Il faut beaucoup d’énergie pour fabriquer un wafer, d’autant plus que pour le moment, même si beaucoup d’usines d’assemblage des panneaux photovoltaïques sont en Europe, les usines de fabrication des cellules photovoltaïques sont en Chine (pays qui utilise principalement le charbon comme énergie).
Le transport se fait par bateau depuis la Chine vers l’Europe. Comme les quantités acheminées sont très importantes, le bilan carbone du transport pour un panneau est faible.
Il y a deux choses à distinguer : l’énergie qu’il a fallu pour produire les panneaux et les gaz à effet de serre émis pour leur fabrication.
On sait qu’il faut 2500 kWh d’énergie pour fabriquer 1 kWc de panneau photovoltaïque. Les émissions de GES (gaz à effet de serre) sont elles différentes suivant le pays de fabrication. Voyons ça en détail :
Temps de retour énergétique
Sachant qu’il faut 2 500 kWh pour fabriquer 1 kWc de panneaux photovoltaïques et qu’1 kWc produit 1150 kWh par an (moyenne française), il faut donc 2,3 années pour que le panneau ait produit autant d’énergie qu’il en a fallu pour le fabriquer.
Bilan carbone
Il faut 2500 kWh pour fabriquer un panneau photovoltaïque. Comme la majorité des panneaux sont fabriqués en Chine (seul l’assemblage comme nous l’avons vu est parfois réalisé en Europe), pays dans lequel le bilan carbone du mix électrique est de 700g / kWh, la fabrication d’1kWc émet 1,7 T de Co2.
En France le bilan carbone du mix électrique est de 60 g / kwh.
Nous avons vu qu’1 kWc de photovoltaïque produit 1150 kWh par an.
Les émissions de CO2 du panneau photovoltaïque sont deux 43 kgCO2.an (données du NREL : Laboratoires National des Energies Renouvelables aux Etats Unis, comprenant la fabrication, le transport et le recyclage)
- Cas n°1 : Si le panneau est utilisé en France
Emission de CO2 du mix électrique français : 60 g soit 0,06 kg CO2/kwh * 1150 kwh = 69 kCO2.an
Les panneaux photovoltaïques permettent d’éviter 27 kCO2 par an pour 1150 kwh . Il faudra donc 25 ans pour que le panneau compense les émissions nécessaires à sa fabrication.
- Cas n°2 : Si le panneau est utilisé dans un pays dont le mix énergétique est principalement composé de gaz et de charbon :
480 g soit 0,48kgCO2/Kwh * 1150Kwh = 552KgCO2.an
Les panneaux photovoltaïques permettent d’éviter 509 kCo2 par an pour 1150kwh. Il faudra donc 3,3ans pour que le panneau compense les émissions nécessaires à sa fabrication.
Si le panneau était fabriqué en France (dans son intégralité, pas seulement l’assemblage), il faudrait 150 kg pour le fabriquer au lieu de 1,7 T (grâce au mix énergétique français composé de beaucoup de nucléaire et d’hydraulique), il faudrait alors 5 ans au lieu de 25 ans pour que le panneau compense ses émissions.
Si le temps de retour énergétique est très bon (2,3 ans), ce n’est pas encore le cas du bilan carbone.
La fabrication des panneaux est en constante évolution. Chaque année, les fabrication des cellules utilise moins de matériaux et d’énergies qu’auparavant.
Pour améliorer le bilan carbone, il faut maintenant pousser pour que des entreprises fabriquent des panneaux photovoltaïques en France, non plus seulement dans l’assemblage des panneaux, mais dans la filière complète.
Extraction et raréfaction des terres rares
Tout d’abord, il faut savoir que la fabrication des panneaux photovoltaïques, que ce soit en les panneaux monocristallins / polycristallins ou à couches minces, ne nécessite pas de terres rares (scandium, yttrium, lanthanides…). Pour rappel, les terres rares sont des métaux présents partout à la surface du globe, en petites quantités, mais difficiles à extraire. Elles sont utilisées pour les produits hautement technologiques.
Concernant les panneaux monocristallatins et polyctristallin, c’est du silicium cristallin qui doit être extrait, puis dopé avec du bore et du phoshore.
Concernant les panneaux à couche mince il faut du cuivre, de l’indium, du gallium et du selenium. Bien que ces matériaux sont plus rares que le silicium, ils n’appartiennent pas non plus aux terres rares.
De plus, les panneaux à couches minces ne représentent que 10% du secteur du photovoltaïque.
Plus d’infos sur les différences entre panneaux mono/polycristallins et à couches minces : https://www.electron-solaire.fr/post/panneaux-solaires-monocristallins-polycristallins-ou-%C3%A0-couche-mince
Recyclage des panneaux photovoltaïques
Les panneaux photovoltaïques sont généralement composés de 67% de verre, 12% d’aluminium, 9% de polymères (plastique), 4% de silicium, 1% de cuivre, 1% d’étain et 6% de matériaux divers.
Ils sont recyclables à 95%.
Il existe maintenant plusieurs usines de recyclage des panneaux photovoltaïques en France.
Comment se passe le recyclage ? Exemple chez Envie2E à Saint-Loubès près de Bordeaux :
- 1er tri : On distingue les panneaux cassés (grêlés par exemple) des panneaux non cassés. Les panneaux cassés ne peuvent pas être recyclés. Ils seront tout de même décadrés (l’aluminium du cadre sera revendu et réutilisé) et le reste sera broyé.
- 2ème tri : On doit déterminé si le panneau peut être réutilisé. Il part sur une ligne de test sur laquelle il subit 4 tests :
Test infrarouge / test d’isolement / test de puissance / test d’électroluminescence
S’il passe la ligne de test complète, il part en ré-emploi (c’est à dire sera revendu avec garanties)
Si le panneau ne peut pas être réutilisé tel quel (il n’a pas passé le test de la 1ère ligne en entier) :
o On enlève le ou les boitier(s) de jonction
o On le décadre (l’aluminium est revendu)
o Il part à la délamineuse : Cette machine racle entre le verre et les polymères
pour sortir les polymères comme une feuille (souple) et récupérer le verre propre. Ce dernier sera réutilisé en verre plat (non alimentaire, il servira à faire des fenêtres et baies vitrées). Il faut qu’il ne reste ni silicium, ni argent (aucune trace de métaux pour que les verriers le récupèrent). Les laminés partent chez un spécialiste des métaux. Il est alors possible de séparer le silicium des connectics en cuivre à des niveaux de puretés très élevés.
Les panneaux photovoltaïques émettent des gaz à effet de serre lors de leur production et leurs transport. En revanche, si l’on regarde l’ensemble du cycle de vie du panneau (ACV), nous remarquons qu’un panneau photovoltaïque produit entre 10 à 30 fois plus d’énergie au cours de sa vie que celle qui a été nécessaire à sa fabrication. Il est recyclable à 95% et cette filière est maintenant bien organisée.
Le développement de la filière photovoltaïque permet de tendre vers l’objectif de neutralité carbone en 2050, mis en place avec l’accord de Paris en 2015, visant à limiter la hausse des températures à 1,5°C ou 2°C.