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Impact environnemental de la fabrication

Analyse de cycle de vie photovoltaïque

Principe de l'analyse du cycle de vie (ACV)

La mesure de l'impact environnemental d'une installation photovoltaïque s'effectue par une analyse du cycle de vie du système depuis sa fabrication jusqu'à son installation, son fonctionnement sur site et sa fin de vie. Ce type d'analyse est défini selon les normes ISO-14040-44(2006), selon les principes résumés dans le schéma suivant :

Schema_principe_ACV_Hespul_2009Schéma de principe d'une ACV©Hespul

Dans le cas du photovoltaïque, cette analyse permet de mieux appréhender les impacts environnementaux de l'industrie de fabrication du module depuis l'élaboration du silicium de grade solaire au système photovoltaïque installé, sur un toit par exemple. Elle quantifie l'ensemble des entrants et des sortants (matières, énergie...) à chaque étape de fabrication (cellules, modules, transport, recyclage...) et reporte les impacts dans différentes catégories d'impact (pollution de l'eau, de l'air, toxicité...).

Empreinte environnementale des modules

La commission européenne, dans sa volonté d'harmoniser les politiques publiques en matière de déclarations environnementales des produits, a validé en novembre 2018 un ensemble de règles spécifiques aux modules photovoltaïques nommé « Product Environmental Footprint Category Rules ». Ce document a été élaboré par un groupe de fabricants et d’experts volontaires et de leurs représentants, soumis à consultation des parties prenantes et vérifié par une tierce partie indépendante composée d’experts scientifiques. Il a notamment été porté par les experts la tâche 12 du programme dédié aux systèmes photovoltaïques de l'Agence Internationale de l'Energie dédiée au photovoltaïque "durable".

PEFCR_PV_IEAPVPST12_20181106Product Environmental Footprint Category Rules for Photovoltaic©IEA PVPS T12

Résumé de la synthèse sur l'ACV photovoltaïque

Parmi les sources documentaires disponibles en langue française, une synthèse de publications scientifiques relatives aux procédés de fabrication et à l'impact environnemental des systèmes photovotaïques a été élaborée par Hespul en 2009.

Les procédés de fabrication décrits sont la réduction carbothermique de la silice dans un four à arc, le raffinage du silicium solaire par procédé Siemens (voie gazeuse chlorée), la cristallisation du silicium en lingots et la découpe des plaques, la fabrication des cellules photovoltaïques par dopage, polarisation et traitement anti-reflet, l’assemblage des modules par encapsulation dans un feuilleté verre/EVA/Tedlar®, et enfin l’installation du système comprenant câblage et onduleurs.

Les analyses du cycle de vie vont de l’extraction du quartz à la production d’électricité 30 ans durant, hors fin de vie des systèmes, avec un remplacement d’onduleurs. Le mix énergétique de la fabrication est de type UCTE région Europe de l’Ouest.

La fabrication nous révèle une consommation de silicium de 10 à 15 g/Wc, des éléments toxiques présents à l’état de traces (Pb, Br, B, P), l’utilisation de métal aux ressources limitées (Ag), et une dépense énergétique conséquente due à l’aluminium et au silicium (40%). Elle occasionne la génération de rejets chlorés, de boues chargées en silicium et de gaz et d’effluents provenant de l’utilisation de produits chimiques.

Les résultats de l’analyse du cycle de vie sont que l’énergie est l’impact majeur, avec environ 30000 MJ d’énergie primaire par kWc, soit 2500 kWh d’énergie finale. Pour caractériser les effets sur l’environnement d’un système photovoltaïque, les indicateurs pertinents sont le temps de retour énergétique, qui est d’environ 3 ans, et l’effet de serre, en g CO2-eq/kWh.

Les avancées technologiques identifiées qui permettent de réduire ces impacts concernent la production de silicium solaire avec l’utilisation d’un réacteur à lit fluidisé au lieu d’un réacteur Siemens ou la voie métallurgique (Elkem Solar). Les recommandations de mise en œuvre sont de privilégier des modules sans cadre aluminium et d’installer les systèmes dans les règles de l’art afin d’optimiser leur production (orientation, inclinaison, ombrages, ventilation, onduleur performant, suivi de la production etc…). L’étape suivante sera la mise en place d’une filière de recyclage.

Dernière Mise à jour : 01/02/2019
Article suivant Empreinte environnementale des modules

Ce document définit le périmètre « environnemental » applicable aux modules photovoltaïques :

  • le produit étudié, soit l’équivalent de 1 kWc de module photovoltaïque installé en surimposé toiture, produisant 975 kWh DC/an en moyenne pendant 30 ans, décliné selon cinq technologies,
  • les 14 catégries d’impact retenues, parmi lesquelles le climat, la toxicité, les particules, l’acidification, l’épuisement des ressources naturelles…, auxquelles il est suggéré dans le rapport d’ajouter les déchets nucléaires.

Il cible les étapes du cycle de vie et les procédés de fabrication les plus polluants (comme l’importance du mix électrique utilisé …) et précise les caractéristiques des données d’entrée à utiliser.

Il propose enfin des valeurs types par catégorie d’impact pour les cinq produits de référence vendus sur le marché européen, à savoir les modules à base de silicium mono-, poly- et micro-cristallin et les couches minces à base de CdTe et de CIS/CIGS.

En ce qui concerne l’impact sur le changement climatique, il est estimé en moyenne à 59,3 g CO2-eq/kWh DC toutes technologies confondues.

  • CdTe : 19,9 g CO2-eq/kWh DC
  • CIS/CIGS : 35,9 g CO2-eq/kWh DC
  • Si microcristallin : 43,0 g CO2-eq/kWh DC
  • Si multicristallin : 48,8 g CO2-eq/kWh DC
  • Si monocristallin : 80,4 g CO2-eq/kWh DC 
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Impact environnemental de la fabrication

Analyse de cycle de vie photovoltaïque

Principe de l'analyse du cycle de vie (ACV)

La mesure de l'impact environnemental d'une installation photovoltaïque s'effectue par une analyse du cycle de vie du système depuis sa fabrication jusqu'à son installation, son fonctionnement sur site et sa fin de vie. Ce type d'analyse est défini selon les normes ISO-14040-44(2006), selon les principes résumés dans le schéma suivant :

Schema_principe_ACV_Hespul_2009Schéma de principe d'une ACV©Hespul

Dans le cas du photovoltaïque, cette analyse permet de mieux appréhender les impacts environnementaux de l'industrie de fabrication du module depuis l'élaboration du silicium de grade solaire au système photovoltaïque installé, sur un toit par exemple. Elle quantifie l'ensemble des entrants et des sortants (matières, énergie...) à chaque étape de fabrication (cellules, modules, transport, recyclage...) et reporte les impacts dans différentes catégories d'impact (pollution de l'eau, de l'air, toxicité...).

Résumé de la synthèse sur l'ACV photovoltaïque

Parmi les sources documentaires disponibles en langue française, une synthèse de publications scientifiques relatives aux procédés de fabrication et à l'impact environnemental des systèmes photovotaïques a été élaborée par Hespul en 2009.

Les procédés de fabrication décrits sont la réduction carbothermique de la silice dans un four à arc, le raffinage du silicium solaire par procédé Siemens (voie gazeuse chlorée), la cristallisation du silicium en lingots et la découpe des plaques, la fabrication des cellules photovoltaïques par dopage, polarisation et traitement anti-reflet, l’assemblage des modules par encapsulation dans un feuilleté verre/EVA/Tedlar®, et enfin l’installation du système comprenant câblage et onduleurs.

Les analyses du cycle de vie vont de l’extraction du quartz à la production d’électricité 30 ans durant, hors fin de vie des systèmes, avec un remplacement d’onduleurs. Le mix énergétique de la fabrication est de type UCTE région Europe de l’Ouest.

La fabrication nous révèle une consommation de silicium de 10 à 15 g/Wc, des éléments toxiques présents à l’état de traces (Pb, Br, B, P), l’utilisation de métal aux ressources limitées (Ag), et une dépense énergétique conséquente due à l’aluminium et au silicium (40%). Elle occasionne la génération de rejets chlorés, de boues chargées en silicium et de gaz et d’effluents provenant de l’utilisation de produits chimiques.

Les résultats de l’analyse du cycle de vie sont que l’énergie est l’impact majeur, avec environ 30000 MJ d’énergie primaire par kWc, soit 2500 kWh d’énergie finale. Pour caractériser les effets sur l’environnement d’un système photovoltaïque, les indicateurs pertinents sont le temps de retour énergétique, qui est d’environ 3 ans, et l’effet de serre, en g CO2-eq/kWh.

Les avancées technologiques identifiées qui permettent de réduire ces impacts concernent la production de silicium solaire avec l’utilisation d’un réacteur à lit fluidisé au lieu d’un réacteur Siemens ou la voie métallurgique (Elkem Solar). Les recommandations de mise en œuvre sont de privilégier des modules sans cadre aluminium et d’installer les systèmes dans les règles de l’art afin d’optimiser leur production (orientation, inclinaison, ombrages, ventilation, onduleur performant, suivi de la production etc…). L’étape suivante sera la mise en place d’une filière de recyclage.

Empreinte environnementale des modules

La commission européenne, dans sa volonté d'harmoniser les politiques publiques en matière de déclarations environnementales des produits, a validé en novembre 2018 un ensemble de règles spécifiques aux modules photovoltaïques nommé « Product Environmental Footprint Category Rules ». Ce document a été élaboré par un groupe de fabricants et d’experts volontaires et de leurs représentants, soumis à consultation des parties prenantes et vérifié par une tierce partie indépendante composée d’experts scientifiques. Il a notamment été porté par les experts la tâche 12 du programme dédié aux systèmes photovoltaïques de l'Agence Internationale de l'Energie dédiée au photovoltaïque "durable".

PEFCR_PV_IEAPVPST12_20181106Product Environmental Footprint Category Rules for Photovoltaic©IEA PVPS T12

Ce document définit le périmètre « environnemental » applicable aux modules photovoltaïques :

  • le produit étudié, soit l’équivalent de 1 kWc de module photovoltaïque installé en surimposé toiture, produisant 975 kWh DC/an en moyenne pendant 30 ans, décliné selon cinq technologies,
  • les 14 catégries d’impact retenues, parmi lesquelles le climat, la toxicité, les particules, l’acidification, l’épuisement des ressources naturelles…, auxquelles il est suggéré dans le rapport d’ajouter les déchets nucléaires.

Il cible les étapes du cycle de vie et les procédés de fabrication les plus polluants (comme l’importance du mix électrique utilisé …) et précise les caractéristiques des données d’entrée à utiliser.

Il propose enfin des valeurs types par catégorie d’impact pour les cinq produits de référence vendus sur le marché européen, à savoir les modules à base de silicium mono-, poly- et micro-cristallin et les couches minces à base de CdTe et de CIS/CIGS.

En ce qui concerne l’impact sur le changement climatique, il est estimé en moyenne à 59,3 g CO2-eq/kWh DC toutes technologies confondues.

  • CdTe : 19,9 g CO2-eq/kWh DC
  • CIS/CIGS : 35,9 g CO2-eq/kWh DC
  • Si microcristallin : 43,0 g CO2-eq/kWh DC
  • Si multicristallin : 48,8 g CO2-eq/kWh DC
  • Si monocristallin : 80,4 g CO2-eq/kWh DC 
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Publications

Systèmes photovoltaïques : fabrication et impact environnemental (PDF - 1,8 Mio) télécharger

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