"Quelle que soit la technologie de panneau photovoltaïque, les quantités d'émissions de gaz à effet de serre générées sur l'ensemble du cycle de vie sont nettement inférieures à celles générées par la consommation d'énergie électrique du mix de l'Union pour la coordination du transport de l'électricité (UCTE)". Voilà le premier enseignement d'une étude (1) de PricewaterhouseCoopers (PwC), qui passe au crible les principales étapes du cycle de vie de six technologies photovoltaïques : le silicium monocristallin (Sc-Si), le silicium polycristallin (Mc-Si), le silicium en ruban (ribbon), le tellurure de cadmium (CdTe), le Cuivre/Indium/Gallium/Sélénium (CIGS) et le silicium amorphe (a-Si).
Autre enseignement d'importance : "L'argument de performance environnementale est un moyen de différenciation favorable à la filière française, qui a pour avantage de bénéficier d'un mix électrique faiblement carboné". Si le lieu de production est peu impactant sur l'ensemble du bilan carbone des technologies classiques à base de silicium, il est en revanche important pour les technologies couches minces dont la fabrication est très consommatrice d'électricité.
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Quid des tarifs d'achat ? Depuis 2011, les candidats au tarif d'achat photovoltaïque doivent fournir un bilan carbone mais les pouvoirs publics n'en font pas usage aujourd'hui. Le projet d'arrêté relatif à une bonification de 10% du tarif d'achat impose que soient réalisées en Europe, deux des trois étapes de production suivantes : la transformation des lingots de silicium en plaquettes de silicium, la transformation des plaquettes de silicium en cellules, les opérations de soudage, d'assemblage et de lamination des cellules et les tests électriques des modules.
Les modules à base de silicium sont plus énergivores
Globalement, les technologies à couche mince consomment moins d'énergie primaire et émettent moins de gaz à effet de serre au cours de leur cycle de vie (production, installation, utilisation et fin de vie) que les technologies à base de silicium.
Concernant le poste matières premières, les technologies classiques sont plus gourmandes en énergie, principalement à cause de la production du silicium, que les technologies de deuxième génération. Le silicium monocristallin, qui nécessite de passer d'un cristal polycristallin à un cristal monocristallin, est le plus énergivore. Le silicium polycristallin et le silicium en ruban nécessitant une pureté plus faible sont moins consommateurs d'énergie primaire. Le procédé de découpe exigé par le premier est cependant énergivore, alors que pour le deuxième, les wafers (2) sont coulés en rubans.
Le niveau de consommation s'inverse quant on passe au procédé de fabrication du module : les technologies couches minces consomment plus d'électricité que les technologies classiques. "Une explication serait que le procédé de fabrication des technologies classiques se résume à l'assemblage des cellules alors que pour les nouvelles technologies, comme il n'y a pas de cellules à proprement parler, le procédé est plus complexe et plus énergivore : les couches sont gravées afin de créer une différence de potentiel puis le panneau est laminé à haute température", explique PwC. Cependant, une réduction de l'épaisseur du verre et des innovations sur les procédés de fabrication des modules (encapsulation par exemple) pourraient permettre d'optimiser les performances énergétiques des technologies couches minces.
Si l'on compare l'énergie consommée pendant la production et l'énergie produite après installation, on se rend compte que, "malgré des rendements plus élevés, les technologies au silicium ont des TRE (3) [temps de retour énergétique] plus longs que les technologies à couches minces dont le bilan énergétique à la production est inférieur".
La localisation impacte le bilan carbone
Quid des émissions de gaz à effet de serre liées au cycle de vie des modules photovoltaïques ? "La localisation de la production a une influence importante sur les émissions de gaz à effet de serre liées à la phase de production des panneaux photovoltaïques. En effet, ces émissions peuvent varier d'un facteur 10 d'un pays à l'autre (c'est le cas pour la Chine dont le mix est composé à 78% de charbon et la France dont le mix est composé à 76% d'énergie nucléaire)", indique PwC. Ainsi, un changement du lieu de production pourrait permettre de réduire les émissions de 15 à 75%. Cependant, cela est plus vrai pour les technologies à couche mince, dont le processus de production est très consommateur d'électricité, que pour les technologies classiques.
Autre levier de réduction des émissions : l'optimisation du rendement des modules. Une amélioration de 3 points peut permettre de réduire de 16 à 30% les émissions de GES, selon la technologie donnée. Finalement, "les technologies couches minces présentent un bilan d'émissions de gaz à effet de serre avantageux par rapport à celui des technologies de première génération sous réserve de rendements performants".
Enfin, l'étape d'installation peut peser jusqu'à la moitié du bilan carbone des technologies photovoltaïques. L'intégration au bâti est particulièrement gourmande en matériaux de construction (à base d'aluminium, de gomme et de polyéthylène). Les équipements électriques et onduleurs pèsent également sur le bilan carbone des modules.
Une consommation de ressources à optimiser
Dernier point d'action pour améliorer l'impact environnemental des modules photovoltaïque : la consommation de ressources.
En matière de consommation d'eau, si le procédé de cristallisation permettant d'obtenir du silicium monocristallin de type Czochralski est fortement consommateur, les besoins en eau pour produire un mégajoule avec "un panneau photovoltaïque restent beaucoup plus faibles que ceux nécessaires pour produire 1MJ avec le mix énergétique européen".
En revanche, quelques soient les technologies, le photovoltaïque est consommateur de ressources minérales rares. "Les technologies à base de silicium bénéficient d'un risque faible d'approvisionnement des matières premières. Les technologies CdTe et CIGS emploient des matières premières sensibles pour lesquelles les réserves ont été évaluées en moyenne à une trentaine d'années. Cette rareté des matériaux utilisés dans les technologies couches minces peut constituer un frein à leur développement à moyen ou long terme", souligne PwC.
Enfin, chaque technologie a recours à des produits nocifs. La fabrication de modules à base de silicium a un impact sur la couche d'ozone, lié notamment à l'utilisation du tetrafluoroéthylène. Le cadmium et le sélénium, utilisés dans les technologies à couche mince, sont considérés comme polluants toxiques, voire très toxiques.
Enfin, si aujourd'hui, les filières de recyclage traitent encore de faibles quantités, PwC souligne que "les solutions existantes permettent d'obtenir des taux de recyclages importants (jusqu'à 98% pour la technologie CdTe)", ce qui est plutôt un point positif pour le bilan environnemental du cycle de vie.
