Un fil à couper le silicium. Voici, si l’on résume à gros traits, la technologie centrale du nouveau procédé de recyclage des panneaux photovoltaïques auquel s’intéresse le Liten, le laboratoire grenoblois dédié à la transition énergétique du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Pour l’amener à l’industrialisation, les chercheurs travailleront dans le cadre du projet européen Photorama, dont la convention a été signée en juin 2021. Il associera le CEA Liten à plusieurs industriels, dont l'italien Enel Green Power et la coopérative espagnole d'automatisation Mondragon Assembly. La France y est aussi représentée par l'éco-organisme PV Cycle et la PME rhônalpine DFD (Dense Fluid Degreasing).
Désassembler les tranches des panneaux
Sur le papier, le procédé est simple. “Nous venons découper le module photovoltaïque avec un fil diamanté de 600-700 micromètres de diamètre, qui permet de séparer les différentes strates des panneaux en fin de vie”, décrit Jérémie Aimé, responsable du laboratoire des systèmes appliquées pour le photovoltaïque au CEA-Liten. Pour prouver le potentiel de l’idée, son équipe a mis au point un prototype, capable de traiter un module d’un mètre carré en une demi-heure. Le CEA a déposé deux brevets.
Une fois retiré le cadre en aluminium qui lui sert de structure, un panneau solaire classique au silicium est composé de tranches. Du verre, d’abord, posé sur les cellules de silicium qui captent les photons du soleil, elles-mêmes encapsulées sur un support de plastique (généralement de l’EVA - éthylène-acétate de vinyle) dans lequel on retrouve aussi le cuivre et l’argent des connecteurs électriques, détaille le scientifique.
D’où l’idée de séparer ces couches, pour pouvoir les valoriser dans des filières dédiées, et par là même améliorer un peu l’autonomie européenne dans l’approvisionnement en matériaux pour l’énergie solaire. “Il sera même possible de réutiliser directement la plaque de verre issue de la découpe pour de nouveaux panneaux”, prévoit Jérémie Aimé. Seul bémol : il faudra pour cela que les nouveaux panneaux aient les mêmes dimensions que ceux recyclés, alors que la tendance aujourd’hui est à l'agrandissement, note le chercheur.
Valoriser davantage de matières que les procédés actuels
Cette technologie à fil diamanté se veut un changement conséquent par rapport aux procédés utilisés actuellement par les acteurs, organisé autour de l’éco-organisme PV Cycle en France. Aujourd’hui, la majorité des panneaux sont soit recyclés chimiquement – au détriment de leur empreinte environnementale – soit broyés pour être incorporés dans des matériaux de construction, une valorisation a minima, peu satisfaisante car les matériaux ne sont pas réutilisables, explique Jérémie Aimé.
Si ces méthodes sont restées les plus courantes, c’est que désolidariser des couches espacées de quelques centaines de microns seulement n’est pas simple, admet-il. Pour le permettre, le CEA a d’abord dû optimiser son fil diamanté. Provenant de l’entreprise annécienne Thermocompact (Haute-Savoie), il a été choisi avec un diamètre légèrement supérieur à ceux existants dans l’industrie du silicium, pour résister à la diversité des matériaux présents dans les panneaux. Parmi les autres défis surmontés : maîtriser la chaleur du processus via des systèmes de refroidissement pour tailler proprement le plastique et imprimer une légère courbure au fil diamanté pour optimiser la découpe.
De quoi obtenir de beaux résultats. Au-delà de la réussite du processus, le scientifique pointe que cette nouvelle méthode permet de diviser par près de deux l’empreinte carbone d’un panneau photovoltaïque (par rapport à celle d'un panneau fait de matériaux vierges). Soit un gain de 20 à 25 grammes d’équivalent CO2 par kilowattheure produit.
Cap sur l’industrialisation
“Nous ne sommes pas encore au panneau 100% recyclé”, convient cependant Jérémie Aimé, qui doit encore travailler sur le recyclage des copeaux de découpe (dans lesquels se retrouvent de nombreux métaux et composés dopants et du silicium) et celui du mix de plastique et de connexions électriques qui forme la base du panneau.
Pour garder son avance dans le domaine, le CEA devrait mobiliser une équipe de cinq personnes sur trois ans dans le cadre du projet Photorama, dont le budget total est de 10 millions d’euros. “L’objectif est de fournir un équipement répondant à des critères industriels”, précise le chercheur. Sont notamment visés une dizaine de découpes par heure et le désassemblage automatique des cadres en aluminium des panneaux.
Alors que les panneaux solaires arrivent en fin de vie au bout de 30 ans, le CEA chiffre à “plus de 10 millions de tonnes” la masse de produits disponibles pour le recyclage d’ici le mitan du siècle. Un marché important, pour lequel l’organisme public de recherche affirme “ne pas se fermer de portes”, et regarder aussi du côté de la délamination via des fluides supercritiques, dont la forte pression serait potentiellement capable de séparer les tranches proprement.
