Nouha Gazbour est chercheuse au CEA-Ines, où elle développe avec son équipe des outils de modélisation pour estimer en amont de leur production l'empreinte carbone des différents types de panneaux solaires.
L’Usine Nouvelle. - Les panneaux photovoltaïques produisent de l’électricité verte. Pourquoi analyser leur empreinte environnementale?
Nouha Gazbour. - C’est une préoccupation assez récente de la filière, mais qui est beaucoup montée ces trois dernières années. Les entreprises et le gouvernement viennent régulièrement nous consulter, car face au changement climatique, il faut des solutions avec un bon impact environnemental global. Du point de vue du CO2, mais aussi de l’utilisation de ressources critiques, de la toxicité ou de l’usage des eaux… Or, si l’utilisation des panneaux solaires n’émet pas de CO2, leur fabrication et leur fin de vie, elle, peut être plus ou moins polluante. D’où la pertinence d’évaluer l’empreinte environnementale des futurs panneaux en amont de leur développement industriel.
Quelle est l’empreinte carbone d’un panneau?
Un panneau chinois installé en France produit entre 30 et 35 grammes de CO2 par kWh.
Les panneaux sont de loin meilleurs que les sources fossiles (gaz, charbon et pétrole). Mais entre eux, leur impact varie selon la provenance, les méthodes de fabrication, l’origine des métaux utilisés… Quand on me demande le bilan carbone d’un panneau, je veux savoir quelle est l’épaisseur des cellules, en quel matériau a été produit le cadre et où il a été installé! De manière générale, on peut estimer qu’un panneau chinois installé en France produit entre 30 et 35 grammes de CO2 par kWh.
Certains accusent les panneaux solaires d'avoir un mauvais bilan carbone. Combien d’années faut-il pour qu’un panneau soit à l’origine de plus d’économies de CO2 qu’il n’en a fallu pour le fabriquer?
D'un point de vue scientifique, il n’y a pas de débat sur ce sujet. Avec les technologies actuelles, un panneau rembourse son empreinte carbone rapidement: il lui faut entre 12 et 18 mois, contre 6 ans il y a 15 ans.
Quelles sont les étapes polluantes dans la vie d’un panneau?
Dans la chaîne de valeur, la production du silicium arrive en premier. Il faut purifier le matériau issu du quartz, puis orchestrer sa cristallisation pour pouvoir produire des panneaux monocristallins [qui sont fabriqués à partir d’un seul cristal de silicium, fondu au sein de fours circulaires dédiés, ndlr]. Ces deux étapes représentent à elles seules plus de la moitié de l’énergie nécessaire pour produire un panneau.
Guittet Pascal Parmi les pistes d'écoconception du CEA, des cadres en bois plutôt qu'en aluminium permettent de diminuer l'empreinte carbone des panneaux... mais doivent prouver leur résistance au soleil. Crédit photo : Pascal Guittet
Elles ont souvent lieu en Asie… Cela veut-il dire que produire les cellules et assembler les panneaux en Europe ne suffit pas à améliorer leur empreinte carbone?
En effet, le transport compte très peu, car il a lieu par voie maritime et est donc plutôt efficace. Mais la production de silicium mobilise beaucoup d’électricité: utiliser des sources décarbonées en Europe permet d’afficher de bien meilleurs bilans que les usines chinoises. Il y a d’ailleurs une filière silicium en Europe, en Allemagne et en Norvège, qui permet de construire des chaînes d’approvisionnement plus vertes. Par ailleurs, l’assemblage des cellules consomme tout de même de l’électricité et des composants (comme les cadres en aluminium ou les films encapsulant les cellules), qui peuvent eux aussi avoir de meilleures empreintes s’ils sont produits par des fabricants européens.
Les cellules à hétérojonction ont un avantage, car elles fonctionnent mieux avec de fines couches de silicium.
Quelles sont les principales voies d’amélioration de l’empreinte des panneaux?
En dehors du changement de localisation, car l’ensoleillement joue beaucoup, on peut d’abord jouer sur l’épaisseur du wafer [la tranche de silicium à partir de laquelle sont formées les cellules solaires, ndlr] afin d’utiliser moins de matière. Là-dessus, les cellules à hétérojonction[développées notamment par le CEA aux côtés de l'énergéticien Enel en Italie et de Rec Solar en France, ndlr] ont un avantage, car elles fonctionnent mieux avec de fines couches de silicium, qui pourraient atteindre 100 microns, contre 150 pour les cellules actuelles. Ensuite, on peut jouer sur le cadre qui supporte le panneau, en utilisant de l’aluminium bas carbone ou des matériaux alternatifs, comme le bois.
Le CEA développe aussi des panneaux composites à base de fibres de lin sourcées dans le Nord de la France…
L’objectif de ces recherches porte davantage sur l’écoconception, l’objectif étant d’anticiper le recyclage. 95% du panneau se recycle déjà et la filière se développe pour obtenir des procédés favorables économiquement, mais les composants biosourcés favorisent le recyclage des encapsulants et simplifient la gestion en fin de vie.
Peut-on dire que certaines technologies solaires sont plus écologiques que d’autres?
Certains matériaux peuvent dépendre de ressources critiques [on retrouve notamment du cuivre et de l’argent dans les connecteurs, ainsi que du cadmium et du tellure dans les cellules dites CdTe, ndlr]. Mais la R&D est aujourd’hui guidée par une approche d’écoconception où elle continue ses efforts pour réduire la consommation des ressources critiques ou trouver des nouvelles alternatives pour les remplacer.
