Au nom de la transition énergétique, le Gouvernement encourage les particuliers à s'équiper de panneaux photovoltaïques (PV) pour produire leur propre électricité. Beaucoup s'interrogent toutefois sur l'impact du photovoltaïque sur l'environnement. Et ce, à juste titre.
Ces équipements sont connus pour utiliser des ressources naturelles rares comme le silicium métallique et d'autres métaux dont les stocks planétaires s'amenuisent (cuivre, argent…). Leur production consomme une importante quantité d'énergie. Enfin, qu'en est-il de leur durée de vie et de leur recyclabilité ?
La véritable expansion de l'électricité photovoltaïque remonte à une trentaine d'années. Ce n'est qu'aujourd'hui que les premières générations de panneaux PV arrivent en fin de vie et que leur bilan environnemental se précise.
Différentes études scientifiques ont été réalisées au cours des deux dernières décennies concernant le cycle de vie des panneaux photovoltaïques. Mesurant notamment le bilan carbone par l'évaluation de l'impact sur l'effet de serre et le climat. L'analyse de cycle de vie (ACV) y ajoute les autres paramètres environnementaux : épuisement des ressources, biodiversité, pollutions, fin de vie…
Effets environnementaux concentrés sur la fabrication des modules
Selon une étude italienne publiée en 2008, la fabrication des modules photovoltaïques est l'étape de leur cycle de vie qui consomme le plus d'énergie (environ 90%). La production, à partir de sable, des cellules solaires en silicium métallique de haute pureté est très énergivore (66,5% de l'énergie de fabrication). Le reste est consommé par l'assemblage du module (14,5%). Celui-ci comprend un cadre en aluminium et une façade en verre, matériaux également à haute teneur énergétique.
Cette succession d'étapes à elle seule consomme de l'ordre de 12 MWh par tonne de silicium, selon une récente étude allemande. S'y ajoute la production du châssis métallique sur lequel viennent se fixer les panneaux (7%). Les 12% restants sont issus de la fabrication de l'onduleur et de l'armoire électrique nécessaires à la distribution de l'électricité produite.
Par ailleurs, la production des modules PV génère des émissions de composés organiques volatils dans l'air, qui contribuent à la formation d'ozone. Elle participe aussi à l'épuisement de ressources naturelles comme le quartz ou l'aluminium. L'étude allemande a analysé 16 indicateurs environnementaux (émissions de particules, épuisement des ressources énergétiques, toxicité humaine, acidification, eutrophisation…).
C'est la fabrication en Chine qui génère le plus d'impacts environnementaux. La réglementation européenne plus contraignante permet un meilleur contrôle des émissions de gaz à effet de serre (GES) lors des opérations de fabrication.
Les transports, fonction de l'origine des panneaux
Les différents transports nécessaires à l'acheminement des pièces et du panneau représentent autour de 9% des émissions de GES du cycle de vie des modules PV. Ceux-ci et leurs équipements complémentaires sont le plus souvent produits à l'étranger pour être expédiés par cargo vers les pays d'utilisation. Ils sont ensuite transportés par camion jusqu'à un centre logistique et finalement jusqu'au site d'installation.
Pour cette raison, les modules fabriqués en Europe émettent moins de CO2 que ceux venant d'Asie. Ils ont néanmoins toujours recours au transport maritime pour l'importation des matériaux et composants électroniques extraits ou fabriqués en Asie. Sur ce point, l'étude allemande recommande aux fabricants européens d'être particulièrement attentifs et "consciencieux" dans le choix de leurs fournisseurs internationaux. Pour leur part, les partenaires d'ACTIV ont tous des usines de production en Europe ou en France.
Une exploitation neutre en carbone
L'installation des panneaux sur leur site d'utilisation génère quant à elle moins de 1% des émissions totales. Leur fonctionnement ne produit ensuite aucune émission pendant toute la durée de leur exploitation.
Fin de vie : le recyclage monte en puissance
Enfin, l'élimination des modules PV au silicium n'a jusqu'ici pas eu d'impact significatif. Il faut dire que leur déploiement n'a véritablement commencé que dans les années 1980, alors que leur durée de vie est censée dépasser 30 ans. Les panneaux solaires actuels, de bonne qualité et bien entretenus, bénéficient d'une longévité qui peut être supérieure à cette durée. Cela permet d'améliorer encore leur ratio entre l'énergie consommée et produite.
Côté économie circulaire, les panneaux PV peuvent désormais être recyclés jusqu'à 94%. L'aluminium, le verre, le silicium, les connexions métalliques sont tous recyclables ou réutilisables. Seul le film plastique qui enveloppe les cellules n'est pas récupérable, mais il peut être valorisé en tant que combustible.
En France, c'est l'éco-organisme Soren qui gère la collecte et le traitement des panneaux PV usagés. Il en a collecté plus de 5 000 tonnes en 2019, un volume qui connaît une croissance de 20% par an. Il devrait atteindre 150 000 tonnes en 2030. Les capacités de recyclage de la filière sont en bonne voie de suivre ce rythme, avec l'inauguration prévue cette année de nouvelles usines.
Un bilan carbone comparable à celui du nucléaire
Toujours selon l'étude italienne de 2008, les émissions totales de GES tout au long du cycle de vie de la production d'électricité photovoltaïque sont en moyenne de 45 g/kWh. Elles dépassent celles du nucléaire (20-40 g/kWh), mais restent largement inférieures à celles issues de combustibles fossiles (charbon 900 g/kWh et gaz naturel 400-439 g/kWh). D'importantes variations peuvent cependant être observées en fonction du mix électrique de chaque pays.
Par ailleurs, cette étude italienne confirme une étude américaine indiquant qu'un module solaire délivre plus d'électricité qu'il n'en prélève lors de sa production, quel que soit son lieu d'utilisation. Tous peuvent rembourser leur "dette énergétique" en moins de 5 ans, même dans des configurations d'utilisation peu optimales.
La durée moyenne de cette dette est de 3 à 6 ans, en fonction de l'ensoleillement du lieu d'utilisation. En France, elle atteint 5,6 ans à Paris, mais 3,7 ans à Marseille. Elle est en moyenne de 5,5 ans en Allemagne, 3,4 ans dans le sud de l'Espagne, 4 ans aux États-Unis.
Une production d'énergie nette positive
En définitive, l'impact environnemental du cycle de vie des panneaux PV au silicium peut être considéré comme faible par rapport à la plupart des autres énergies conventionnelles. La production des modules est l'étape générant le plus d'émissions de GES en raison de l'intensité énergétique des procédés employés. Une autre raison est le mix énergétique défavorable dans les pays où sont transformées les matières premières. Mais dans l'ensemble, ces équipements remboursent les coûts énergétiques de leur fabrication bien avant la fin de leur utilisation et sont donc des producteurs nets d'énergie.