Préambule
Rappelons que le kWh le plus efficace pour l’environnement est celui qui n’est pas consommé, donc non produit !
La première des démarches à engager est donc de réduire ses consommations d’énergies, notamment celles d’électricité.
Autant pour le chauffage on peut atteindre une consommation nulle, autant nos modes de vie contemporains nous imposent un minimum d’utilisation de l’énergie électrique. Comment compenser cette consommation jugée incompressible ? Si le photovoltaïque est une réponse, quelles en sont les contraintes ?
Enjeux
Les panneaux solaires intégrés sur le toit de sa maison sont un moyen de produire de l’énergie de manière autonome. On dit que cette source d’énergie est «propre», mais qu’en est il exactement de son réel impact environnemental au regard de l’énergie nécessaire à sa fabrication ainsi que des gaz à effets de serre émis ?
La technologie des panneaux photovoltaïques est en plein développement : son efficacité et sa rentabilité évoluent constamment. Qu’en est il aujourd’hui ? Quels sont les critères de choix autres que financiers pour se doter de cette technologie ?
Fabrication des panneaux
Les panneaux photovoltaïque sont fabriqués à partir de quartz, contenant du Silicium. Le quartz doit être extrait de son milieu naturel, puis réduit chimiquement pour donner du silicium. Ce dernier doit être raffiné à 99,99% pour obtenir du silicium de qualité solaire, sous forme de lingots.
Les «wafers», micro-plaquettes obtenues par sciage des lingots et cristallisation du silicium, sont «dopés», via un procédé physico-chimique, pour obtenir les cellules Photovoltaïque à proprement parler.
Enfin, leur assemblage permet de créer un module photovoltaïque (panneau photovoltaïque tel qu’on le commercialise).
Énergie grise de fabrication
En énergie primaire (1), la part revenant au raffinage du silicium est de 40%, de 28% pour la cristallisation et la mise en forme des plaques, de 10% pour la fabrication des cellules et de 20% pour le reste (15% module et 6% périphériques).
1- L’énergie primaire EP est l’énergie qui a été nécessaire à produire l’énergie finale EF (consommée par l’utilisateur)
EP=3,31*EF pour l’éléctricité en France (Rapport Hepsul et Greenpeace).
2- L’énergie primaire de fabrication dépend évidemment du mix énergétique du pays de fabrication.
Au total, selon un rapport Hepsul, c’est environ 30.000 MJ (soit 8.300 kWh) d’énergie primaire qui sont nécessaires pour fabriquer un panneau d’une puissance de 1 kWc, produisant en moyenne 1.100 kWh/an. Soit 7,5 années pour «rembourser» le coût énergétique de sa fabrication.
Temps de retour énergétique
Définition : Le temps de retour énergétique est la durée évalué en année nécessaire à un système photovoltaïque (modules, structure et onduleur) pour produire autant d’énergie qu’il en a fallu pour sa fabrication (calcul en énergie primaire).
Il est équivalent quelque soit le lieu de production étant donné que l’on considère que les processus de fabrication sont globalement les mêmes partout dans le monde contrairement au Bilan Carbone. Il faut par ailleurs savoir que les énergies consommées à chaque phase du processus de fabrication d’un module sont majoritairement de l’énergie électrique.(3)
3- Extrait de Solarpédia
Incertitudes
De nombreuses études ont été menées sur le temps de retour énergétique, donnant des résultats très variés allant de 1,5 à 7 années de retour énergétique. Les temps couramment annoncés sont de l’ordre de 3 ans. Pourquoi ?…
Provenance des panneaux
Dans les calculs d’énergie primaire nécessaire à la fabrication, il semblerait que le transport transfrontalier ne soit pas pris en compte dans le cas ou une partie de la chaîne de fabrication est implantée dans un autre pays (ce qui est le cas pour la France). L’Etat français a mis en place des bonifications de rachat du kWh pour inciter à l’achat de panneaux fabriqués en Europe.
Recyclage d’un panneau photovoltaïque
Depuis 2007, des fabricants européens se sont regroupés au sein de l’association PV Cycle pour organiser la collecte et le recyclage des capteurs obsolètes. A ce jour, on considère que 85% d’un champ est recyclable, le résidu demeurant les matières plastiques.
NB : Le recyclage n’est généralement pas encore intégré au calcul de l’énergie grise du panneau.
Différentes technologies
Il existe de nombreuses technologies de cellules de panneaux photovoltaïque, les plus courantes sont les cellules monocristallines, les cellules polycristallines et les cellules amorphes. Leur rendement moyen est respectivement de 15%, 12%, 7%.
Malgré un meilleur rendement pour les cellules monocristallines, le temps de retour énergétique est meilleur pour les cellules amorphes (4), puis pour les cellules polycristallines.
4- mais leur durée de vie est plus faible
Dans la filière Silicium, la technologie ruban possède un retour énergétique encore plus faible. Elle demeure encore peu employée pour le marché domestique.
Impact sur l’effet de serre
Seule la fabrication d’un panneau solaire est génératrice d’emissions de CO2. Réparti sur sa durée de vie moyenne (30 ans), un panneau solaire nécessite en moyenne 70 g de CO2-eq/kWh produit.(5)
5- Rapport Hepsul
A titre comparatif, le kWh électrique en France se situe entre 40g et 180g de CO2-éq/kWh produit selon l’origine de la production (nucléaire, hydraulique, charbon,…). (6)
6- ADEME «Indicateurs de contenu en CO2 de l’électricité consommée en France»
Les panneaux photovoltaïque n’ont évidemment pas un impact nul sur l’émission de gaz à effet de serre. Néanmoins, c’est le seul générateur d’énergie qui, une fois installé, n’impacte pas l’environnement (composants inertes).
Retour sur investissement
Considérons un kit de panneaux photovoltaïques de 3 kWc le plus courament installé valant autour de 9.500 €TTC. La production annuelle de ce kit est en moyenne de 3.300 kWh (à Nantes), et le prix de rachat de 1 kWh étant de 0,27€ (7), le calcul nous donne 10 années de retour sur investissement.
7-valeur déc. 2014
Un panneau photovoltaïque a une durée de vie supérieure à 30 ans, et le temps de retour énergétique est inférieur à ces 10 années.
