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Recycler les panneaux solaires pour préserver la souveraineté énergétique

Daniel_BAJOLET
Daniel Bajolet
membre du SAGSI (Chine) et co-fondateur de ROSI
En bref
  • Sur les 3,5 millions de tonnes de silicium fabriquées dans le monde, l’Europe en produit 17 %, contre environ 75 % pour la Chine.
  • Il faut environ 6 tonnes de ressources naturelles rares pour produire une tonne de silicium photovoltaïque ou « polysilicium ».
  • Cette chaîne est fortement génératrice de CO2: pour un module standard à 60 cellules fabriqué en Chine, 77 kg de CO2 sont rejetés contre 13 kg en France.
  • Les technologies développées de nos jours permettent désormais de recycler les panneaux solaires dans leur entièreté, à l’exception des polymères.
  • La vague de panneaux en fin de vie combinée avec le recyclage devrait permettre de construire une nouvelle chaine de valeur vertueuse et quasiment autonome en Europe.

Cet arti­cle fait par­tie de notre mag­a­zine Le 3,14 dédié au bilan car­bone des éner­gies en France. Décou­vrez-le ici.

Dans la chaîne indus­trielle pho­to­voltaïque – qui va du quartz à l’électron – on entend sou­vent dire qui le sili­ci­um est disponible abon­dam­ment sur terre. Mais, con­traire­ment à l’expression com­muné­ment util­isée, cette abon­dance dans la croute ter­restre n’a rien à voir avec sa disponi­bil­ité indus­trielle. Afin d’extraire le sili­ci­um dit « métal­lurgique » (pur à 99,8 %), il faut en effet du quartz de qual­ité très par­ti­c­ulière, du char­bon réac­t­if à bas taux de cen­dres, du bois et de l’énergie élec­trique. Sur les 3,5 mil­lions de tonnes fab­riquées dans le monde, la Chine en pro­duit env­i­ron 75 %, tan­dis que l’Europe ne pro­duit que 17 % de sa pro­pre consommation. 

Chaîne de valeur des pan­neaux pho­to­voltaïques. Crédit : ROSI.

Ce sili­ci­um doit être épuré pour attein­dre une pureté de 9N (99,9999999) afin d’être trans­for­mé en qual­ité pho­to­voltaïque. Or, alors qu’ils étaient lead­ers dans les années 2010, l’Europe et les États-Unis sont devenus mar­gin­aux dans la pro­duc­tion de ce matéri­au. Seule l’entreprise alle­mande Wack­er a su rester un acteur majeur, grâce à sa qual­ité, même si la pres­sion exer­cée sur les prix et les mesures anti-dump­ing ont été struc­turantes pour don­ner aujourd’hui une part de marché de plus de 90 % aux pro­duc­teurs chi­nois. Les deux tableaux suiv­ants l’illustrent* :

En 2022, 827 000* tonnes de sili­ci­um PV ont été fab­riquées en Chine con­tre env­i­ron 40 000 tonnes en Alle­magne. Compte tenu des ren­de­ments de trans­for­ma­tion, il faut env­i­ron 6 tonnes de ressources naturelles rares pour pro­duire une tonne de sili­ci­um pho­to­voltaïque ou « poly­sili­ci­um » (5.8 T/T pour pro­duire le Mg-Si, puis 5 % min­i­mum de pertes à la trans­for­ma­tion Mg-Si en PV-Si). 

Pro­duc­tion des matières pre­mières pour les pan­neaux pho­to­voltaïques en 2019*.

Du polysilicium à l’électron

L’étape suiv­ante con­siste à trans­former cette matière pure en lin­gots, qui sont, de fait, à plus de 83 % monocristallins. La recherche de ren­de­ments pho­to-élec­triques élevés détourne les acteurs des lin­gots poly­cristallins, tan­dis que le « semi-mono », curiosité française, est inex­is­tant. À cette étape, env­i­ron 35 à 40 % du sili­ci­um est per­du, trans­for­mé en kerf : une sus­pen­sion nanométrique de copeaux très dif­fi­cile­ment val­oris­able. On obtient alors des wafers. La Chine a, là encore, cap­té l’essentiel de la pro­duc­tion mon­di­ale avec 357 GW équiv­a­lents. Seul un pro­duc­teur européen fonc­tionne encore (NORSUN en Norvège). 

Puis, les wafers sont trans­for­més en cel­lule, trans­for­ma­tion qui néces­site 7 à 12 étapes selon que sont util­isées les tech­nolo­gies PERC, TOPCON ou HETEROJONCTION. C’est à cette étape que les col­lecteurs en argent sont mis en place. En 2020, le PV con­som­mait déjà 3000 T/an soit 10 % de l’argent mon­di­al disponible. Nous sommes passés à 13 % en 2022. La Chine a pro­duit 318 GW équiv­a­lents en 2022 et les prévi­sions à 2030 ren­dent l’extraction de l’argent inten­able sans recyclage.

Enfin, l’assemblage de cel­lules, inter­con­nec­tées par des col­lecteurs à base de cuiv­re, est encap­sulé entre deux feuilles d’EVA afin de résis­ter env­i­ron 20 ans aux con­di­tions atmo­sphériques, puis col­lé sous une feuille de verre, muni d’un cadre en alu­mini­um, pour devenir un mod­ule. La ten­dance lourde est à la mul­ti­pli­ca­tion des for­mats de cel­lules, entières ou demi-cel­lules, afin d’optimiser ren­de­ment et capac­ité par mod­ule. Des 150 WattC des années 2010, nous pas­sons à des mod­ules délivrant main­tenant 500 WattC1. La Chine a pro­duit l’équivalent de 288 GW de mod­ules en 2022. 

Cette chaine est forte­ment con­som­ma­trice d’énergie et généra­trice de rejets de CO2. Si l’on cal­cule ces deux index, pour un mod­ule stan­dard à 60 cel­lules fab­riqué en Chine, délivrant 350 WattC, on obtient respec­tive­ment 120 KWH con­som­més et 77 kg de CO2 rejetés. Le même mod­ule fab­riqué totale­ment en France aurait néces­sité 118 KWH et rejeté 13 kg de CO2

Recyclage des panneaux

Nous pou­vons main­tenant mesur­er ce que représente la recréa­tion d’une chaine PV sou­veraine en Europe, où seuls sont disponibles le sili­ci­um métal de base et le sili­ci­um de qual­ité PV. L’inclusion du recy­clage des pertes de cette chaine de valeur est indis­pens­able à la péren­nité d’un nou­veau mod­èle indus­triel per­me­t­tant d’éviter le gaspillage de ressources naturelles rares. 

Recy­clage des com­posants des pan­neaux pho­to­voltaïques. Crédit : ROSI. 

Les tech­nolo­gies dévelop­pées de nos jours per­me­t­tent désor­mais de recy­cler les pan­neaux solaires dans leur entièreté – à l’exception des polymères –, y com­pris les kerf’s (ROSI a dévelop­pé des tech­nolo­gies per­me­t­tant de les recy­cler en rem­place­ment de sili­ci­um frais), le cadre en alu­mini­um (les cir­cuits et tech­nolo­gies exis­tent déjà), le verre (qui doit être par­faite­ment pro­pre pour être recy­clé par les ver­ri­ers), le cuiv­re (les cir­cuits et tech­nolo­gies exis­tent déjà) et l’argent.

Mais surtout – et c’est ce qui était le plus dif­fi­cile –, nous sommes désor­mais en mesure de recy­cler ces dif­férentes sources de sili­ci­um pour attein­dre une qual­ité 5N : les ren­de­ments de récupéra­tion sont d’environ 90 % du con­tenu d’un pan­neau. La vague de pan­neaux en fin de vie com­binée avec le recy­clage des kerf’s devrait per­me­t­tre de con­stru­ire une nou­velle chaine de valeur vertueuse et qua­si­ment autonome en Europe.

1Le watt-crête (WattC) cor­re­spond à la délivrance d’une puis­sance élec­trique de 1 watt, dans des con­di­tions stan­dard de référence. Déf­i­ni­tion par EDF : https://​www​.edfenr​.com/​l​e​x​i​q​u​e​/​w​a​t​t​-​c​rete/

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