Les panneaux solaires, comme les autres sources d’énergies renouvelables, sont parfois soumis à certaines critiques, notamment sur leur impact écologique.
De la fabrication à l’installation, en passant par la durée de vie, voici notre analyse détaillée des effets écologiques du photovoltaïque. Vous parviendrez ensuite à distinguer le vrai du faux.
Fabrication des panneaux photovoltaïques
La fabrication de cellules photovoltaïques, composantes principales des panneaux solaires que l’on trouve sur le marché, est effectuée la plupart du temps en Chine.
Dès 2016, 60% de la fabrication mondiale de ce produit est chinoise. Plusieurs raisons justifient ce lieu de production.
La Chine comme premier producteur : silice et savoir-faire
La première des raisons est le savoir-faire. En effet, dès le début des années 2000, le pays fut le seul à investir massivement dans ce domaine pour créer des millions d’emplois, développer un secteur économiquement prometteur et gagner en autonomie énergétique.
Depuis 2011, le pays a investi 50 milliards de dollars dans toute la chaîne d’approvisionnement du photovoltaïque, créant plus de 300 000 emplois et s’octroyant un contrôle de plus 80% de la chaîne de valeur à ce jour.
Puisqu’aujourd’hui la majorité des fabricants dans ce domaine sont chinois. La stratégie a été une réussite puisque 1 panneau sur 7 provient d’une seule et même usine…
Si l’on peut être critique sur ces investissements, il faut souligner que sans la Chine, la transition énergétique serait bien moins avancée. Leurs investissements ont permis de faire baisser les coûts de production de 80% depuis 2011 selon l’IEA. Or des modules moins chers permettent une meilleure rentabilité des installations photovoltaïques, donc un déploiement facilité dans tous les pays du monde.
La seconde raison complète la première. La Chine dispose de grandes réserves de silice, matière première dont provient le silicium. Ce matériau est essentiel à la fabrication des cellules photovoltaïques. 90% des panneaux solaires produits en sont constitués. Ainsi, la logistique d’extraction et de fabrication y est facilitée dans cette partie du monde.
Bien sûr, l’extraction de cette matière, comme pour toute fabrication industrielle, n’est pas neutre. L’impact écologique et social reste conséquent. D’ailleurs, contrairement à ce que l’on peut penser ce ne sont pas le transport ou l’assemblage des panneaux qui sont les plus émissifs mais bien le raffinage et la transformation du silicium.
En plus des bas salaires et des conditions de travail parfois extrêmes, le rejet massif de poudre de silicium dans l’air a provoqué de nombreux scandales en Chine et dans le monde. La production massive de panneaux solaires engendre donc paradoxalement une pollution atmosphérique conséquente.
Le paradoxe ne s’arrête pas là. Les usines chinoises sont encore rarement équipées de panneaux photovoltaïques. Cependant, l’énergie utilisée sur le réseau électrique chinois tend à être de plus en plus verte.
Cette progression est importante mais l’intensité carbone est toujours 5x plus importante que celle de la Suisse et 9 fois supérieure à celle de la France en 2022.
Bien qu’encore insuffisante, l’énergie solaire se développe plus rapidement en Chine que dans le reste du monde (35% de la puissance énergétique solaire y était déjà concentrée en 2018).
Car si les usines ne sont pas toujours équipées de panneaux, de grandes centrales solaires ont vu le jour en Chine.
Attention, les chiffres peuvent être trompeurs. En réalité l’énergie permettant la construction des panneaux solaires est majoritairement issue du charbon car la fabrication est concentrée dans la région du Xinjiang où le charbon reste très dominant grâce aux aides de l’état.
En prenant un peu de recul, nous pouvons donc constater que la production de panneaux solaires est encore jeune. Chaque année le processus de fabrication dans l’énergie solaire évolue et tend à gagner en performance tout en devenant moins énergivore. Selon l’Agence Internatinnale de l’Energie, produire un panneau en 2021 émet deux fois moins de CO2 qu’en 2011 !
L’accroissement de l’utilisation de l’énergie renouvelable dans le pays promet également une production de plus en plus verte. La Chine a mis récemment en place un programme écologique ambitieux pour 2030. Une nécessité impérieuse quand on observe son profil de consommation et d’émissions…
De plus, il s’avère de plus en plus facile de recycler les produits issus des opérations de raffinage. Les innovations dans le domaine sont nombreuses et de plus en plus d’entreprises s’y convertissent afin de limiter fortement les impacts environnementaux.
Les producteurs européens, bien que moins nombreux et productifs, mettent aussi en place des systèmes afin de veiller à la préservation de l’environnement.
Par exemple, l’éco-organisme Soren propose une reprise des modules solaires avec un taux de recyclage 85%. Le besoin de matières premières est de ce fait fortement amoindri.
Les panneaux solaires ne contiennent pas de terres rares
L’idée qu’il faille utiliser des terres rares pour fabriquer un panneau solaire persiste bien qu’elle soit fausse.
Étrangement, cette idée persiste également pour les batteries Li-ion des voitures électriques qui n’en ont pas non plus. Le comble est d’ailleurs que ce soient les voitures thermiques qui en consomment le plus avec les pots catalytiques.
L’appellation « terres rares » désigne 17 minéraux essentiellement utilisés dans la production de haute technologie (électroniques, magnétiques, etc.). Leur extraction et leur raffinage sont extrêmement polluants car ils rejettent de nombreux éléments toxiques dans la nature (métaux lourds et acides sulfuriques par exemple).
À titre indicatif, selon Kleinman Center for Energy Policy de l’Université de Pennsylvanie, l’extraction d’une tonne de terre rare émet environ 1 tonne de déchets radioactifs.
Pour les plus curieux, voici la liste de toutes les terres rares :
- Scandium
- Yttrium
- Lanthane
- Cérium
- Praséodyme
- Néodyme
- Prométhium
- Samarium
- Europium
- Gadolinium
- Terbium
- Dysprosium
- Holmium
- Erbium
- Thulium
- Ytterbium
- Lutécium
La production de panneaux solaires n’use que de silicium cristallin dans 90% des cas. Il est extrait du sable et du quartz. Comme le verre, il est donc 100% recyclable. Certains modèles contiennent également du plastique.
Les 10% restants utilisent la technologie CIGS. Cette abréviation désigne quatre éléments chimiques : le cuivre, l’indium, le gallium et le sélénium. Bien que ces métaux soient en effet plus rares, ils ne rentrent pas dans la catégorie des terres rares.
Cette erreur d’appréciation peut se justifier par des techniques de dopage du silicium mises en place dans certaines usines. De ce fait, elles utilisent alors des métaux comme l’argent, le bore ou encore le phosphore. Cela permet d’augmenter la conductivité du silicium lors de la fabrication du panneau photovoltaïque.
Une nouvelle solution est actuellement en cours d’étude et s’oriente vers des cellules solaires de 3e génération, constituées de molécules organiques.
Durée de vie et dette énergétique des panneaux photovoltaïques
Même si la fabrication d’un panneau solaire nécessite des matériaux rares et polluants, il n’en reste pas moins une solution écologique de premier choix pour produire de l’énergie.
La dette énergétique aussi appelée « énergie grise » correspond à l’énergie utilisée pour créer le panneau. Elle est remboursée lorsque l’installation à produit plus d’énergie qu’elle n’en a consommée. Cette énergie grise provient essentiellement de la transformation du sable de silice en silicium de haute pureté et de l’assemblage des composants.
Si les chiffres varient selon les sources, la dette peut être remboursée entre 1 et 4 années selon l’ensoleillement du lieu d’exploitation. C’est un délai très court lorsqu’on tient compte de la durée de vie du matériel photovoltaïque.
Auparavant garanti 10 ans, il l’est maintenant entre 20 et 25 ans voir 40 ans pour certaines marques. Avec de bonnes conditions d’entretien et un changement de l’onduleur tous les 15 ans, l’installation de production d’énergie solaire peut dépasser les 40 ans de fonctionnement. Le rendement sera cependant un peu plus faible.
Exemples :
- La première installation européenne produit encore de l’électricité. Elle fonctionne depuis 1982.
- Seuls 1 % des 10 000 modules de la centrale électrique de Mont-Soleil ont dû être remplacés depuis sa création en 1992. Principalement à cause des conditions climatiques extrêmes.
Recyclage des panneaux photovoltaïques
Si la durée de vie optimale d’un panneau solaire est de 25 ans aujourd’hui (période durant laquelle au moins 80% de sa puissance optimale est garantie), elle peut s’avérer beaucoup plus longue.
Une fois qu’elle est franchie ou que le panneau doit être changé, il peut être recyclé. Qu’il soit conçu en Europe ou en Chine, le matériel solaire est recyclable ou revalorisable entre 95 et 99%.
Un panneau solaire photovoltaïque est composé :
- D’aluminium, qui constitue le cadre (recyclable à l’infini) ;
- De verre, qui représente entre 75 et 80 % du panneau (recyclable à l’infini) ;
- De cellules photovoltaïques, elles-mêmes composées de silicium cristallin (réutilisable jusqu’à 4 fois) ;
- D’un film plastique (non sujet au recyclage, mais revalorisable en partie) ;
- Et de connexions en cuivre et/ou en argent (fondus pour être réutilisés).
En France, en Suisse et en Europe, des filières de recyclage de panneaux solaires se sont mises en place. Notamment depuis la création en 2007 de l’association PV Cycle qui regroupe des fabricants européens de panneaux photovoltaïques pour organiser la collecte et le recyclage.
Depuis 2014, fabricants et importateurs de panneaux photovoltaïques ont pour obligation légale de reprendre gratuitement les équipements solaires en fin de vie. Et ils sont tenus de participer financièrement à la collecte et au traitement des déchets.
En France, le recyclage des panneaux solaires est effectué par Soren, un éco-organisme à but non lucratif, créé par les acteurs de l’industrie photovoltaïque. Il est financé grâce à l’éco-participation, une redevance dont le montant diffère selon le type de panneau solaire et son poids (0.70 € par panneau en moyenne).
Quel est le bilan carbone d’un panneau photovoltaïque ?
Le bilan carbone correspond à l’ensemble des émissions des gaz à effet de serre, directes et indirectes, d’une activité ou d’un site.
Pour connaître le bilan carbone exact d’un panneau photovoltaïque, nous devons prendre en compte quatre points. Les émissions de gaz à effet de serre émises lors de sa fabrication et de son transport de l’usine à l’acheteur, lorsqu’il produit de l’électricité et enfin lorsqu’il est traité, en fin de vie.
Le transport par bateau, bien qu’émetteur de CO2, n’a en réalité qu’un impact minime sur le bilan carbone d’un unique panneau solaire, car les navires peuvent en transporter plusieurs tonnes par voyage. Si le panneau est fabriqué en France, il faut tout de même prendre en compte l’importation de la silice, ce qui revient quasiment au même.
Cet équivalent CO2 correspond, pour un gaz à effet de serre, à la quantité de dioxyde de carbone (CO2) qui aurait la même capacité à retenir le rayonnement solaire. Ainsi, plus l’équivalent CO2 est élevé, plus l’impact sur l’environnement est négatif.
Si l’on considère le chiffre de l’ADEME de 41 g CO2eq par kWh, c’est 32% de moins que le mix électrique français en 2021 (environ 60 g CO2eq par kWh) et 63% de moins que l’électricité du réseau suisse (108 g CO2eq par kWh).
Il existe deux méthodes pour calculer le temps d’équivalence carbone.
La première, plus facile mais moins pertinente, consiste à comparer les émissions par kwh des panneaux photovoltaïques à celle du réseau électrique du pays.
La seconde, plus logique et plus réaliste, consiste à suivre une étude de RTE selon laquelle l’ajout de photovoltaïque ou d’éolien se substitue presque exclusivement à une production à base de gaz ou de charbon (480 g CO2eq par kWh).
De plus, comme nous l’avons vu, la dette énergétique d’un panneau solaire réduit à chaque avancée technique, en plus d’être déjà courte. De ce fait, le bilan carbone reste très positif à la fin de vie du matériel solaire.
Les émissions de CO2 de 1 kWc sont estimées à 1,7 tonnes. Chaque année, un panneau produisant environ 1 150 kWh, il permet une économie importante :
- 439 g CO2eq économisé par kWh pour un panneau traditionnel selon l’ADEME, soit 505 kg de CO2 eq par an;
- 450 g CO2eq par kWh économisé par kWh pour une installation Liight, soit 518 kg de CO2 eq par an;
- 458 g CO2eq par kWh économisé par kWh pour une installation avec des panneaux Voltec, soit 527 kg de CO2 eq par an;
Ces données nous permettent d’estimer les temps de retour carbones suivants :
- 3 ans et 10 mois pour une installation solaire traditionnelle selon l’ADEME;
- 3 ans et 9 mois pour une installation photovoltaïque traditionnelle par Liight;
- 3 ans et 8,5 mois pour une installation solaire avec des panneaux Voltec;
Il va sans dire que ces chiffres peuvent varier. L’empreinte carbone d’une installation solaire dépend d’un grand nombre de facteurs comme la production annuelle de l’installation photovoltaïque, la durée de vie des modules, le contenu CO2 du mix électrique utilisé pour la fabrication de l’ensemble de l’installation…
Mais cela donne une idée assez précise et sans équivoque de l’intérêt du solaire !
Pour aller plus loin, nous vous invitons à consulter l’outil de calcul mis en place par l’ADEME (l’agence de la transition écologique). Vous pourrez ainsi connaître l’impact énergétique de votre installation !
Et pour avoir la vision la plus fine possible, seul un dimensionnement professionnel sera en mesure de vous donner :
- les économies carbones sur 5, 10 ou même 40 ans;
- le temps de retour sur investissement;
- les économies financières cumulées estimées année par année;
Pour conclure, il est important de retenir qu’un panneau solaire en fonction ne rejette aucun polluant, son impact est positif. Son seul impact négatif est produit lors de sa conception et de son transport et il est vite rentabilisé par la production d’énergie solaire même dans des pays au mix électrique bas carbone comme la Suisse ou la France.
Les progrès effectués en ce sens donnent bon espoir pour la suite, et l’augmentation des installations solaires est une bonne nouvelle pour l’environnement. Choisir l’installation photovoltaïque est un avantage pour vous et pour la planète.
