Photovoltaïque : EnR intéressante ?

Publié le 12 juin 2023 à 09:00

La hausse de popularité des énergies renouvelables offre à ces dernières une importance de premier ordre dans le mix énergétique des pays développés. Le solaire et l'éolien sont au cœur des discussions et sont, selon les états et les promoteurs du renouvelable, nécessaires à la transition énergétique pour un avenir décarboné mais les discours sont souvent orientés, d'un côté comme de l'autre, et s'apparentent souvent à du Greenwashing ou à de la promotion du fossile par intérêt financier. Cet article se concentre sur le photovoltaïque, en s'appuyant sur les connaissances que nous avons à notre disposition, dans le but de tenter d'en dresser un constat objectif.  

Photo : American Public Power Association

 

Une découverte qui ne date pas d'hier

Comme nous le savons tous, le soleil est une source d'énergie inépuisable (du moins à notre échelle de temps). Ce dernier est capable, par ses rayonnements, de fournir la chaleur et la lumière nécessaires à la vie sur terre. Réussir à transformer ces rayonnements en énergie exploitable pour notre société semble être judicieux.

La découverte de l'effet photovoltaïque remonte à 1839 lorsqu'un physicien français du nom de Alexandre Edmond Bequeret constate qu'il est possible de produire de l'électricité en exposant à la lumière des matériaux semi-conducteurs. Il faudra attendre 1913 pour voir apparaitre les première cellules photovoltaïques et 1954 pour que le premier panneau solaire, permettant un rendement de 6%, soit produit par les laboratoires Bell, aux Etats-Unis. La fabrication étant encore très couteuse, cette technologie se restreint à l'aérospatial. Au fil des améliorations, la première habitation alimentée par des panneaux solaires voit le jour en 1973.

 

Photo : Laura Ockel

La cellule photovoltaïque

Revenons aux semi-conducteurs. Le plus courant d'entre eux, dans le domaine du photovoltaïque, est le silicium, obtenu à partir de la réduction (réaction chimique) de silice et de bois, qui est ensuite chauffé à sa température de fusion (1450°), permettant l'obtention d'un lingot de silicium. Ce lingot est tranché en fines lamelles d'environ 0,2mm. Ces lamelles sont, par la suite, enrichies de phosphore ou de bore afin d'en augmenter les capacités et c'est ainsi que l'on obtient une cellule photovoltaïque. Mais par quel procédé cette tranche de silicium produit de l'électricité ?

Pour tenter de faire simple et de ne pas partir dans des notions de chimie trop complexes, lorsqu'un photon entre en contact avec un atome de silicium, il en arrache un électron qui, par l'effet du champ électrique, se retrouve en état d'excitation. Etant donné que les photons transfèrent leur énergie aux électrons, une charge électrique en mouvement se crée, produisant ainsi un courant à l'intérieur des cellules photovoltaïques.

Les cellules ont, comme rôle, la transformation des rayons du soleil en courant continu. Un courant constant et inexploitable tel quel. C'est pour cette raison que nous retrouvons un onduleur permettant de transformer ce dernier en courant alternatif afin d'alimenter nos appareils électriques. Pour une autoconsommation totale, il est nécessaire de disposer d'un moyen de stockage pour l'énergie non consommée et l'énergie dont nous avons besoin lorsque le soleil s'absente. Ce stockage se fait par le biais de batteries très coûteuses, constituées de lithium, de fer et de phosphate (LiFePO4), c'est pourquoi il est préférable de réinjecter le surplus de production dans le réseau et d'utiliser, en retour, ce réseau pour les périodes non-productives, offrant ainsi des avantages financiers non-négligeables. 

Financièrement avantageux ?

Il est indéniable que le coût de l'électricité, dans une région au soleil généreux, se voit diminué de manière drastique voir même rentable selon la balance production/consommation. Ceci dit, il est important de prendre en compte le coût de la mise en place et de l'entretien d'une installation solaire. Une maison de 100m2 nécessite environ 8 panneaux solaire (de 1m sur 1m70 environ) pour être alimentée correctement en électricité. Naturellement, un grand nombre de paramètres entrent en compte pour déterminer vos besoins en énergie mais, en moyenne, pour une électricité issue de notre astre solaire, il faudra débourser entre 15'000 et 30'000 francs pour l'installation. La durée de vie d'un panneau solaire est estimée entre 20 et 40 ans, sachant que leur capacité de production diminue progressivement dans le temps, pour un onduleur, il faut compter une quinzaine d'années. Il est bon de préciser que des garanties, pouvant aller jusqu'à 25 ans, s'appliquent pour les panneaux solaire. Pour l'entretien, il est convenu que, en moyenne, il faut compter environ 1% du prix de l'installation par année. 

 

Photo : Giorgio Trovato

Qu'en est-il de l'écologie ?

Comme mentionné précédemment, les cellules photovoltaïques sont composées de silicium. Cette matières n'est, actuellement, pas valorisable une fois les cellules obsolètes, ce qui signifie que, pour le moment, ces dernières sont à usage unique. Ce point soulève le premier défaut de cette technologie face à la croissance fulgurante des ventes de panneaux solaire.

Il est nécessaire de faire la distinction entre le recyclage d'un panneau solaire et celui du silicium. Le panneau en lui-même est composé, principalement, de verre et d'aluminium et c'est pour cette raison que l'on peut lire dans de nombreux articles que les panneaux solaire sont recyclables à plus de 90% puisque le silicium ne constitue qu'une infime partie de ces derniers. Cependant, même si le silicium est un minéral très abondant et utilisé dans les composants électroniques à des quantités négligeables, les produits contenant ce silicium sont, eux, en croissance de production constante. Par conséquent, mis bout à bout, cela abouti à une quantité plutôt conséquente.

Le silicium est extrait sous forme de quartz puis transformé en silicium par les entreprises d'électrométallurgie. Le 70% de la production de panneaux solaire se concentre en Chine puisque c'est là que se trouvent l'écrasante majorité des mines. Le raffinage du silicium provoque des rejets massifs de tétrachlorure de silicium, un sous-produit excessivement toxique et corrosif dont les vapeurs peuvent causer des œdèmes pulmonaires, ainsi que des rejets de poudre de silicium polluant la terre et les nappes phréatiques. Sur les 3 million de tonnes produites en 2019, 540 000 tonnes étaient destinées à la production photovoltaïque contre 600'000 pour 2021 (en 2010, le chiffre était de 120 000).

En matière d'émissions de Co2, le photovoltaïque se situe en excellente position puisque son bilan carbone est de 55g eqCo2/kWh, bien en dessous du charbon (plus de 1000g eqCo2/kWh) mais reste le dernier de sa catégorie puisque l'éolien se situe autour de 10g et l'hydroélectrique au niveau du nucléaire (environ 6g). Vous trouverez d'autres informations sur ces mesures dans mon article précédent.

Photo : Guillaume De Germain

 

Conclusion

De mon point de vue, je pense que le photovoltaïque est une énergie plutôt intéressante, en complément du nucléaire, pour un avenir moins carboné, du moins plus intéressante que l'éolien étant donné que les panneaux solaire peuvent être installés sur tous les toits et peuvent également servir au système de chauffage. Ceci dit, il est, à mon sens, nécessaire d'améliorer le rendement et la durée de vie ainsi que la récupération du silicium après usage pour avoir une énergie non-pilotable complémentaire convenable.

D'un point de vue objectif, la seule solution pour diminuer drastiquement notre empreinte carbone est la réduction de notre consommation d'énergie. Cependant, un mix énergétique composé de solaire et de nucléaire pourrait apporter un bon amortissement de la décroissance et serait préférable à une pénurie brutale nous forçant à la décroissance. Sachant que l'humanité n'a pas vraiment vocation à changer son mode de vie, il est fort probable que la nécessité de réduction de consommation passe par une distribution restreinte et contrôlée. Ces restrictions seraient, sans aucun doute, sujettes à la colère du peuple et le contrôle de cette situation par le biais d'une dictature global semble être un scénario plausible. Il est donc préférable d'utiliser au mieux nos systèmes de production énergétique pour atténuer ce potentiel futur dystopique.

 

Bien à vous

 

Le Renard    

 

Sources :

Stoecklin, A. (Date inconnue) Fonctionnement d’un panneau solaire : tout ce qu’il faut savoir. Effy

https://www.effy.fr/travaux-energetique/solaire/fonctionnement-panneaux-solaire

Europe Energie (2019, 14 août) Petite histoire du photovoltaïque. Europe Energie

https://www.europe-energie.com/blog/petite-histoire-du-photovoltaique/#:~:text=La%20d%C3%A9couverte%20de%20l'effet,semi%2Dconducteurs%20comme%20le%20silicium.

Yoann (2022, 15 mars) Fabrication Panneau Solaire | Guide complet 2023. Otovo

https://www.otovo.fr/blog/le-solaire-et-vous/fabrication-panneau-solaire/#:~:text=Pour%20fabriquer%20une%20cellule%20photovolta%C3%AFque,silicium%2C%20ensuite%20d%C3%A9coup%C3%A9s%20en%20tranche.

Gonçalves, M. (Date inconnue) Comment connaître la puissance solaire nécessaire pour alimenter une maison ? Effy

https://www.effy.fr/infos-renovation-energetique/combien-de-panneaux-solaires-pour-maison-100m2

Energreen (Date inconnue) Quelle est la durée de vie d’un panneau solaire? Energreen

https://www.energreen.be/actualites/quelle-est-la-duree-de-vie-dun-panneau-solaire

Blay, W. (2020, 16 juin) Combien coûte l'entretien de panneaux photovoltaïques ? Vos énergies

https://www.voenergies.ch/vo-energies-news-blog/combien-coute-lentretien-de-panneaux-photovoltaiques

Commissariat général au développement durable, Viel, D. et al. (2020, décembre) Le photovoltaïque : choix technologiques, enjeux matières et opportunités industrielles. Gouvernement français

https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Plan%20ressources%20Photovoltaique.pdf

Statista Research Department (2023, 5 mai) Principaux pays producteurs de silicium dans le monde de 2010 à 2022. Statista

https://fr.statista.com/statistiques/570477/principaux-pays-producteurs-de-silicium/

MM. GONTARD, DANTEC, FERNIQUE, LABBÉ, SALMON et les membres du groupe Écologiste - Solidarité et Territoires (2021, 8 juin) Projet de loi Lutte contre le dérèglement climatique (1ère lecture) (PROCÉDURE ACCÉLÉRÉE) (n° 667 , 666 , 634, 635, 649, 650), Amendement, Article additionnel après article 15. Sénat Français

https://www.senat.fr/amendements/2020-2021/667/Amdt_465.html#:~:text=On%20constate%20en%20effet%20des,toxique%2C%20le%20t%C3%A9trachlorure%20de%20silicium.

Boubault, A. (2020, 10 juin) Le silicium : un élément chimique très abondant, un affinage stratégique. Portail français des ressources minérales non énergétiques.

https://www.mineralinfo.fr/fr/ecomine/silicium-un-element-chimique-tres-abondant-un-affinage-strategique#:~:text=Le%20silicium%20est%20l'%C3%A9l%C3%A9ment,silicium%20%E2%80%9Cm%C3%A9tal%E2%80%9D%20par%20%C3%A9lectrom%C3%A9tallurgie.

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Phosphore#:~:text=Le%20phosphore%20est%20l'%C3%A9l%C3%A9ment,%2C%20rouge%20et%20violet%2Dnoir.

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https://climate.selectra.com/fr/empreinte-carbone/energie

 

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