Le recyclage des panneaux solaires : un défi de taille

Le développement des sources d'énergies renouvelables – comme mentionné à nombreuses reprises durant la COP26 - est l'un de nos meilleurs atouts pour décarboner notre système énergétique et atteindre la neutralité carbone.

L'industrie solaire est particulièrement en plein essor : les panneaux photovoltaïques sont déployés massivement à travers le monde et leur coût diminue à grande vitesse, rendant le marché compétitif par rapport à celui des combustibles fossiles, libérant le potentiel économique de ces nouvelles technologies.

Mais qu'en est-il des matériaux utilisés ? Peut-on facilement recycler les différents composants des panneaux solaires ? Beatrice Cordiano, notre experte en énergie et en durabilité, s’est penchée sur le sujet.

En 2019, la consommation mondiale d'énergie électrique était de 65 PWh * (1 PWh = 1 million de GWh), dont seulement 0,7 PWh (environ 1 %) provenait du solaire.

Selon une estimation de Solargis - une société de conseil en énergie solaire -, il s'agit d'une valeur microscopique si l'on considère qu'en utilisant les technologies actuelles dans des endroits appropriés à travers le monde, nous pourrions techniquement produire 8000 fois d'énergie grâce au solaire, soit plus de 5800 PWh chaque année !

Pour mettre ces données en perspective, nous disposons d'une ressource - le soleil - qui serait capable de générer en une année, la même quantité d'énergie que celle pouvant être produite par les réserves de combustibles fossiles actuelles au cours des 100 prochaines années.

Même si l'écart entre le potentiel technique et la production réelle de cette énergie reste considérable (notamment à cause de motifs économiques et politiques), le potentiel de croissance du photovoltaïque est bien là et les chiffres le montrent.

Si le potentiel du photovoltaïque est à première vue une excellente nouvelle pour le climat et l'économie, le nombre croissant de panneaux solaires installés à travers le monde entraînera inéluctablement une quantité exorbitante de déchets électroniques qu'il faudra gérer dans les années à venir.

Aujourd'hui, la durée de vie d'un panneau solaire est estimée entre 25 et 30 ans. En réalité, nombreux sont ceux qui deviennent obsolètes bien avant, car endommagés, brisés ou simplement dégradés, et donc moins efficaces, rendant la production énergétique moins performante.

Quelques exemples : on estime que 43 500 à 25 0000 tonnes de déchets photovoltaïques mondiaux ont été produits à la fin de 2016, ce qui représente moins de 0,6% du total des panneaux installés à l'époque (4 millions de tonnes). Pourtant, d'ici à 2050, les flux annuels de déchets photovoltaïques devraient atteindre 5,5 à 6 millions de tonnes, soit l'équivalent du volume des nouveaux modules photovoltaïques installés. Cette estimation porterait le total des déchets photovoltaïques à 60 ou 78 millions de tonnes.

Comme pour tout produit manufacturé, abandonner les matériaux dans des décharges n'est pas envisageable, non seulement pour l'environnement, mais aussi pour la santé des êtres vivants, si l'on considère certains matériaux nocifs qui peuvent s'échapper de cellules solaires mal recyclées ou qui ne seraient éliminés correctement. Une situation alarmante qui peut susciter des doutes quant à la durabilité d'une technologie à la fois bon marché et viable d'un point de vue écologique.

Heureusement, favoriser un recyclage durable des déchets du solaire en adoptant le critère des "trois R" (réduire, réutiliser et recycler) et donc mieux gérer la fin de vie du PV pourrait représenter une opportunité majeure.

Les avancées sur la technologie sont colossales grâce à la R&D et à des modules photovoltaïques toujours plus performances. Qu'ils soient en silicium cristallin ou en couches minces, ces modules seront non seulement de plus en plus performants, mais aussi beaucoup moins gourmands en matières premières. C'est là que la réduction se doit de jouer un rôle en contribuant à l'amélioration de leur recyclabilité et a renforcé le potentiel de réutilisation des composants.

De plus, les défaillances précoces sont récurrentes. Mais celles-ci ne doivent pas être un motif pour démonter et jeter les modules défectueux. La réutilisation est le moyen le plus simple et le plus économique de faire face à cette difficulté. Les modules photovoltaïques d'occasion, réparés ou remis à neuf, peuvent encore être revendus à un prix réduit sur les marchés à faible revenu. Ceux-ci peuvent également trouver leur place dans de modestes fonctions telles que les stations de recharge pour vélos électriques, les panneaux électroniques des autoroutes et les systèmes hors réseau où des rendements performants ne sont pas indispensables.

Bien que la réduction et la réutilisation sont des alternatives en bonne et due forme, les chercheurs soulignent néanmoins que le recyclage est l'option à privilégier.

Les panneaux photovoltaïques sont des composants technologiques complexes qui nécessitent des ressources brutes pour être produits. Or, lorsqu'ils sont laissés à l'abandon dans des décharges, de nombreux matériaux précieux sont gaspillés. Pour simplifier, nous pouvons imaginer un module PV comme un sandwich électronique, dont la garniture est une fine couche de cellules de silicium qui convertissent la lumière en électricité. Ce remplissage est assemblé, protégé et isolé par des polymères et des feuilles de verre, qui sont encapsulés dans un cadre en aluminium, équipé d'un boîtier contenant tous les câblages nécessaires au transport de l'électricité produite.

La diversité de matériaux utilisés rend le processus de recyclage délicat. Néanmoins, une fois démontés, la plupart des composants (verre, câblage, métal) peuvent facilement être recyclés seuls, puis réutilisés. Les cellules de silicium subissent cependant un autre sort. Celles-ci sont soumises à différents traitements (mécaniques, thermiques, chimiques) selon le type de panneau solaire, afin que l'on puisse récupérer les métaux précieux qu'elles contiennent.

Malgré le défi de ce long processus, aujourd'hui, plus de 90 % - dans certains cas jusqu'à 95 % - d'un panneau solaire peut être réutilisé et c'est un pourcentage encourageant pour la suite.

Le recyclage des panneaux solaires n'est malheureusement pas encore très répandu. Ceci s'explique par un manque de réglementations harmonisées, d'infrastructures de gestion des déchets, et de coordination entre les secteurs de l'énergie. De plus, la gestion de ces déchets se doit d'être abordé dans une perspective d'économie circulaire. À l'heure actuelle, seule l'Union européenne a adopté une réglementation spécifique aux déchets photovoltaïques - la directive européenne relative aux déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE) - en vertu de laquelle les fabricants de panneaux solaires sont tenus de financer la collecte et le recyclage des modules.

Aux États-Unis, il n'existe aucune législation de ce type, et seules quelques politiques locales de recyclage sont mises en place. Le processus global de recyclage est encore assez coûteux et, dans les pays qui l'autorisent, il est bien moins cher que de mettre un module PV à la poubelle. San règlementation approprié il devient donc difficile d'améliorer des taux de recyclage qui sont encore trop faibles.

Toutefois, si les pratiques et les techniques s'améliorent et que les composants les plus précieux des panneaux solaires - à savoir le silicium et l'argent - peuvent être efficacement séparés et purifiés, le rapport coût-revenu pourrait considérablement s'améliorer.

Le marché du solaire ne cesse d'évoluer, et les processus de recyclage joueront un rôle majeur dans les années à venir. Ils créeront de l'emploi et stimuleront nos économies. Selon l'Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA), l'industrie du recyclage des panneaux solaires pourrait même représenter 15 milliards de dollars d'ici 2050.

Les déchets solaires sont un défi de taille auquel il faut s'attaquer. Outre ses atouts en matière de protection de l'environnement, le recyclage des panneaux photovoltaïques permet d'alléger les contraintes de la chaîne d'approvisionnement, de limiter l'épuisement des matériaux importants disponibles et de continuer à les utiliser dans l'industrie solaire, ce qui indéniablement réduirait davantage le coût de l'énergie solaire.

Les solutions sont là, elles sont accessibles et n'attendent que nous pour les mettre en œuvre. Il est essentiel de ne pas jeter les déchets électroniques dans les décharges, et de réduire l'empreinte matérielle de nos économies, afin de garantir la durabilité des technologies renouvelables à travers leurs performances, mais aussi leurs failles.

L’évolution vers les énergies renouvelables n'est pas une réalité facile. C'est pour cette raison qu'une stratégie considérable de transition vers une économie circulaire est incontournable ; le plus tôt sera le mieux.

* NOTE : ce qui se traduit par une demande mondiale d'énergie primaire de 162 PWh (1 PWh = 1 million de GWh). La différence entre la demande d'énergie primaire et la demande d'énergie électrique est due aux pertes de conversion. L'énergie primaire est l'énergie contenue dans les combustibles bruts, qui n'a pas encore été convertie en une autre forme d'énergie, l'électricité par exemple. Dans le cas des combustibles fossiles, cette énergie est disponible sous forme d'énergie thermique et lorsque nous la transformons en énergie électrique ou mécanique, nous avons des pertes de conversion. C'est pourquoi, des valeurs déclarées de 162 PWh, nous tombons à 65 PWh.

Pour aller plus loin

End-of-Life Management : Solar Photovoltaics Panels - International Renewable Energy Agency (IRENA), 2016

The sky's the limit: Solar and wind energy potential is 100 times as much as global energy demand - Carbon Tracker Initiative, 2021

Article Décrypter l'énergies: Les panneaux photovoltaiques sont-ils recyclables ?.

Video PV CYCLE: Recycling of silicon based PV modules