L’analyse du cycle de vie d’un panneau photovoltaïque
Les cellules photovoltaïques transforment la lumière du soleil en , mais leur fabrication et leur utilisation ont aussi un impact sur l’environnement. Cette infographie vous guide à travers les 10 grandes étapes de la vie d’un panneau solaire : de l’extraction du quartz jusqu’à son recyclage en fin de vie. Grâce à une méthode appelée analyse du cycle de vie (ACV), qui suit des normes internationales, on peut mesurer les effets de chaque étape sur la planète : consommation d’énergie, émissions de CO₂, transport, etc. Le panneau étudié est fabriqué en Chine, puis utilisé en France, ce qui permet de prendre en compte les réalités du marché européen. L’objectif ? Comprendre où se situent les principaux impacts environnementaux et comment les réduire pour une énergie solaire plus responsable.
Les dix étapes du cycle de vie d'un panneau photovoltaïque
Méthodologie 
Étape 1 - Du quartz au silicium
Objectifs
- Obtenir du silicium à partir de la silice (SiO2) contenue dans le quartz ou le sable
- Extraire l’oxygène de la silice pour obtenir un silicium de qualité métallurgique (MG-Si)
Procédés 
- Chauffer un mélange de quartz et de combustible carboné (coke, houille et bois)
- Le carbone et l’oxygène se combinent pour donner du CO2
- Il reste du silicium métallurgique pur à 98-99 %
Impacts 
- Consommation d’énergie et d’eau, émissions de CO2
Flux entrants
Pour produire 1 kg de MG-Si
0,51 Eau (en m3)
11 Électricité (en kWh)
23,10 Chaleur (en MJ)
3 Sable (en kg)
2,6 Combustible (en kg)
nota : un kWh vaut 3,6 mégajoules (MJ)
Flux sortants
29,5 Émissions CO2 par watt (en g)
Poussières fines
Étape 2 - Purification du silicium
Objectifs
- Purifier le silicium métallurgique pour obtenir un silicium polycristallin de qualité solaire, pur à 99,9999 % (SoG-Si)
Procédés
- Voie chimique ou métallurgique
- Principalement chimique aujourd’hui car permet d’obtenir un matériau plus pur, mais consomme plus d’énergie et présente des risques liés à l’utilisation de produits chlorés
Impacts
- Ces deux premières étapes représentent 40 % de l’énergie consommée dans tout le cycle de production d’un panneau photovoltaïque
Flux entrants
Pour produire 1 kg de SoG-Si
0,35 Eau
(en m3)
49 Électricité
(en kWh)
28,80 Chaleur
(en MJ)
1,13 MG-Si (en kg)
2 Produits chimiques
(en kg)
Flux sortants
88,1 Émissions CO2 par watt (en g)
Produits chlorés
Étape 3 - Façonnage en lingot
Objectifs
- Transformer le silicium solaire polycristallin, dont les atomes sont disposés de manière aléatoire, en un silicium monocristallin, où ils sont alignés de façon ordonnée
- Façonner le silicium sous forme de lingot
Procédés
- Fondre et resolidifier progressivement le silicium solaire en ajoutant un élément dopant, le bore
Impacts
- Importante consommation de gaz
Flux entrants
Pour produire 1 lingot d'1 kg
5,09 Eau
(en m3) dont 4,8 m3
à retraiter
32 Électricité
(en kWh)
68,20 Gaz naturel pour brûleur (en MJ)
1,02 SoG-Si (en kg)
Flux sortants
29,5 Émissions CO2 par watt (en g)
Étape 4 - Découpe en wafers
Objectifs
- Découper les lingots monocristallins en tranches fines de 250 micromètres (μm), les wafers
Procédés
- Utiliser une scie à fil avec une solution abrasive (slurry)
Impacts
- Perte importante de 30-40 % de matériau lors du sciage
- Recyclage possible de la poudre dans d’autres filières industrielles
Flux entrants
Pour produire 1 m2 de wafers
0,056 Eau
(en m3)
4,76 Électricité
(en kWh)
4 Gaz naturel pour brûleur (en MJ)
Flux sortants
8,19 Émissions CO2 par watt (en g)
Produits de silicium, slurry
Étape 5 - Production des cellules
Objectifs
- Fabriquer des cellules qui transforment l’énergie lumineuse en énergie électrique
- Les cellules peuvent être carrées ou rectangulaires (15-20 cm)
Procédés
- Dopage du silicium exposé à un nuage gazeux contenant du phosphore
- Dépôt d’une fine couche d’aluminium
- Gravure des fils de contact électrique (aluminium et argent)
- Films anti-reflets et traitements dans des bains acides ou alcalins
Impacts
- Utilisation de fours électriques et de nombreux composés chimiques irritants, corrosifs et toxiques
Flux entrants
Pour produire 1 m2 de cellules
0,17 Eau
(en m3)
17,7 Électricité
(en kWh)
1,86 Divers éléments chimiques (en kg)
Flux sortants
73,6 Émissions CO2 par watt (en g)
Étape 6 - Assemblage du module
Objectifs
- Protéger les cellules du milieu extérieur en les assemblant en modules de 60 à 72 cellules (1,7 m x 1 m, surface : 1,7 m2)
Procédés
- Connexion des cellules
- Encapsulation dans une enveloppe EVA (éthylène-acétate de vinyle) qui, une fois chauffée, forme une couche de colle autour des cellules
- Protection par une vitre de verre solaire pur et une feuille de plastique rigide (backsheet)
- Pose d’un cadre aluminium
- Ajout d’un boitier, de câbles et d’un onduleur (pour convertir le courant continu en courant alternatif)
Impacts
- Manipulation de nombreux composés chimiques nécessitant des mesures de sécurité et de prévention des rejets
- Production d’aluminium énergivore, émettant de l’hexafluorure de soufre (SF6), un gaz à effet de serre à fort pouvoir réchauffant
Flux entrants
Pour produire 1 m2 de modules
0,005 Eau
(en m3)
14 Électricité
(en kWh)
17,62 Verre solaire
(en kg)
2,13 Aluminium (en kg)
Flux sortants
226 Émissions CO2 par watt (en g)
Étape 7 - Installation
Objectifs
- Transport des panneaux, préparation du site et installation au sol
Procédés
- Transport par bateaux/camions, pose des structures du parc photovoltaïque
Impacts
- Empreinte carbone du transport
- Déboisement
- Perte d’habitats animaliers
- Acceptabilité sociale des grandes installations
Flux entrants
- Manutention, matériaux de travaux publics et de construction
Flux sortants
606 Émissions CO2 par watt (en g)
Étape 8 - Production d'électricité
Objectifs
- Assurer l’autoconsommation ou l’injection de l’électricité produite sur le réseau
- Durée de vie moyenne d’un panneau solaire : 30 ans
Procédés
- Connexions électriques appropriées
- Maintenance des installations
Impacts
- Incidences sous les panneaux dans le cas d’agrivoltaïsme : réduction de la lumière mais meilleure rétention d’eau
- Incidences sur les panneaux : effet îlot de chaleur
- Perturbation des déplacements des grands mammifères
Flux entrants
- Pratiquement aucune consommation d’énergie (excepté pour la maintenance)
Flux sortants
- Pas d'émissions de CO2
Étape 9 - Collecte des panneaux
Objectifs
- Récupérer les panneaux en fin d’usage et les déposer dans des points de collecte
Procédés
- Démontage et transport par camions en essayant de rationaliser au maximum les parcours
Impacts
- Risques de nombreux mouvements de camions avec empreinte carbone
Flux sortants
Émissions d’équivalent CO2 par watt pour les deux dernières étapes 9 et 10 :
- Collecte et recyclage des panneaux usagés
-
382 Émissions CO2 par watt (en g)
-
- Récupération de 94 % des matières permet de déduire du bilan final des émissions estimées à -124 gCO2eq/W
Étape 10 - Recyclage
Objectifs
- Séparer les fractions qui composent un panneau : 68 % de verre, 12 % d’aluminium, 9 % de plastiques, 4 % de silicium, 1 % de cuivre étamé (recouvert d’étain), 1 % de cuivre, 6 % de rebuts
- Au total : 94 % d’un panneau peut être recyclé et valorisé
Procédés
- Séparation des boitiers, câblages et cadre d’aluminium envoyé en fonderie
- Broyage : tri par séparation aéraulique des particules récupérées (un jet d’air sépare le verre, le cuivre et les particules fines), flottaison (plastiques, traces d’argent), courant de Foucault (cuivre étamé, résidus d’aluminium)
- Délamination : séparation de la plaque de verre et des cellules photovoltaïques par une lame chaude (300 °C)
Impacts
- Consommation d’électricité et de gaz pour les machines et fours
- Rebuts de matières
Flux entrants
-
Électricité (en KWh) -
Produits chimiques (en kg)
Les quantités d’électricité et de produits chimiques n’ont pas été précisées, car très variables et ne concernent que 6% du produit
Flux sortants
Émissions d’équivalent CO2 par watt pour les deux dernières étapes 9 et 10 :
- Collecte et recyclage des panneaux usagés
- 382 Émissions CO2 par watt (en g)
-
- Récupération de 94 % des matières permet de déduire du bilan final des émissions estimées à -124 gCO2eq/W
A partir des émissions d’équivalent
évaluées à chaque étape, évaluez le bilan carbone total.
Les chiffres d’étape sont donnés en g CO2eq rapportés à une capacité (
) de 1
. Mais, selon les standards de la filière, on exprimera le bilan total en g CO2eq rapportés à 1 kilowatt-heure (donc g CO2eq/kWh). On supposera qu’un système photovoltaïque d’une puissance d’1 kW produit en moyenne 1000 kWh par an et a une durée de vie de 30 ans.
Quel est le bilan carbone d’un système photovoltaïque exploité en France ?
En totalisant tous les chiffres indiqués à chaque étape, on parvient au résultat :
1316 g CO2eq/W
(29,5 + 88,1 + 26,5 + 8,19 + 73,6 + 226 + 606 + 382 – 124)
Un système photovoltaïque de 1 kW en France produit en moyenne entre 900 et 1200 kWh par an, selon les régions et les rendements des produits. En prenant le niveau intermédiaire de 1000 kWh, il produira sur une durée de vie moyenne de 30 ans, 30 000 kWh.
La fabrication du système aura émis 1316 g pour une capacité d’1 W, donc 1 316 000 g pour une capacité d’1 kW.
Pour le rapporter au kWh, on divise ces émissions par 30 000 = 43,87, arrondi à 43,9 g CO2eq/kWh.
On trouve la valeur standard mentionnée dans le bilan carbone : 43,9 g CO2eq/kWh.
Ce résultat correspond à la valeur standard de l’ADEME. Selon l’ADEME, l' du photovoltaïque est de 43,9 g CO2eq/kWh, pour un panneau chinois fabriqué par mix un électrique chinois. Pour un européen on tombe à 32,3 g CO2eq/kWh et à 25,2 g CO2eq/kWh pour un mix électrique français.
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