Boîte à outils énergie - EnR et ressources

Pour des panneaux silicium type, le verre et l’aluminium sont les principaux matériaux nécessaires qui représentent plus de 80 % de la masse totale (1). Un tableau de composition des matières en équivalent Tonne/MWC est à retrouver à ce lien.

Pour une éolienne, le béton et l’acier sont, de loin, les principaux matériaux nécessaires à leur construction. Ils représentent respectivement 18 % et 75 % de la masse totale (2). Un tableau de composition des matières en équivalent Tonne/MW est à retrouver à ce lien.                                           

Les chiffres présentés dans les tableaux de composition doivent être considérés comme des grands ordres de grandeur. En effet, il existe une diversité de technologies et les innovations peuvent rendre les chiffres obsolètes.

Sources :

(1) « Le solaire photovoltaïque en France: réalité, potentiel et défis », CNRS (2023) : Lien

(2) « Économie circulaire dans la filière éolienne terrestre en France », Ministère (2019) : Lien

La réponse ci-dessous porte exclusivement sur les panneaux à base de Silicium cristallin qui représentent environ 95 % du marché mondial en 2021 (1).

La construction d’un panneau photovoltaïque suit différentes étapes qui vont de l’extraction de la matière première (silicium) jusqu’à l’assemblage final du module en passant par la découpe des lingots (voir un schéma récapitulatif à ce lien (2)). Bien que différents pays puissent réaliser ces étapes, c'est la Chine qui domine (très largement) l'ensemble du processus de construction des panneaux photovoltaïques. Par ailleurs, cette tendance devrait se maintenir, voire s'accentuer, comme le suggère un rapport de l'IAE (3).

Bien que la Chine domine largement la majorité des étapes de fabrication des panneaux photovoltaïques, des acteurs français se sont positionnés sur certaines étapes spécifiques, telles que l'assemblage des modules. 

Choisir des panneaux dont les modules sont assemblés en France est bénéfique pour l'environnement, étant donné que notre production électrique alimentant les usines est faiblement carbonée. Parmi les entreprises qui se sont lancées sur ce marché, on retrouve par exemple Voltec Solar, Systovi, ou encore DualSun.

Cependant, il faut être vigilant, le « Made in France » (comme on le voit chez certains vendeurs) ne garantit pas que tous les composants proviennent de France. En réalité, la quasi-totalité des lingots de silicium et des wafers (plaquettes de lingot de silicium) utilisés dans la fabrication des cellules photovoltaïques des panneaux français sont importés de Chine. Malgré cette domination chinoise, la France et l'Europe ont des atouts pour un redéploiement industriel, notamment grâce à l'implication historique d'acteurs européens sur certains pans de la chaine de valeur (4). 

Le 5 avril 2024, les ministres Bruno Lemaire et Roland Lescure ont d'ailleurs annoncé de nouvelles mesures de soutien au développement de l'industrie photovoltaïque sur le territoire français. Deux projets de gigafactories, Carbon et Holosis, devraient obtenir le crédit d’impôt vert finançant les investissements des usines "jusqu’à un montant inégalé dans les énergies renouvelables de 200 M€". La mise en oeuvre d'un "pacte solaire" et d'une prime bas carbone sur le prochain arrêté tarifaire sol "S24" (pour compenser les surcoûts d'achat des modules vertueux) font aussi partie des annonces. Le communiqué de presse est à retrouver à ce lien.

Sources :

(1) « Photovoltaics Report », Fraunhofer (2023) : Lien (page 23 du rapport) 

(2) Encyclopédie énergie : Lien

(3) « Special Report on Solar PV Global Supply Chains », IAE (2022) : Lien

(4) « Le photovoltaïque :  choix technologiques, enjeux matières et opportunités industrielles » (2020) : Lien

Pour aller plus loin : 

• Sur les étapes de fabrication d’un panneau photovoltaïque : PhotoVoltaïque.info et Encyclopédie de l’énergie
• Sur l’origine des panneaux : solaire PV

La chaine industrielle Française se concentre principalement sur l'assemblage des modules solaires. D’après une publication de l’ADEME, « Une fabrication en France de tout ou partie des modules et composants permettraient d’abaisser encore significativement ce bilan carbone en profitant du mix électrique français très peu émetteur » (1). Le constat est partagé sur le site du Ministère de la Transition Écologique via une publication indiquant que « les panneaux solaires fabriqués en France sont plus propres que les panneaux importés » (2). 

Privilégier des panneaux photovoltaïques assemblés localement permet de réduire l'empreinte carbone d'un projet. Cette constatation est donc liée en grande partie à un mix électrique français moins émetteur de CO2 : 36 gCO2éq/kWh par rapport à la moyenne mondiale de 528 gCO2éq/kWh (3).

La commande publique a également un rôle à jouer pour favoriser des panneaux solaires offrant de meilleurs bilans carbone.

L’une des recommandations du rapport de synthèse « Les ressources minérales critiques pour les énergies bas-carbone » est la suivante : « Un premier moyen d’action est celui de la commande publique. Les règles d’achats doivent inclure la prise en compte de paramètres autres que les coûts, comme les impacts environnementaux des achats et les vulnérabilités des chaînes d’approvisionnement. Ces dernières sont déterminantes dans la capacité des candidats à des marchés publics à répondre au besoin de l’acheteur. » (4). 

En tant que collectivité, il est alors possible de privilégier les projets les plus vertueux. En effet, la valorisation du patrimoine public peut être réfléchie via un Appel à Manifestation d’Intérêt (AMI), qui inclut des critères de performance environnementale et sociale comme l’origine de fabrication des panneaux ou encore le recyclage.

Exemple d’AMI photovoltaïque qui intègrent ces aspects:

• Communauté d’Agglomération du Beauvaisis et de la Ville de Beauvais ici

Pour aller plus loin : Guide pratique : AMI pour la mise à disposition du patrimoine public pour un projet de solarisation

Depuis 2011, les appels d’offres de la Commission de Régulation de l’Énergie (CRE) prennent en considération l’empreinte carbone du projet pour la sélection des candidats (20 à 30 % de l’évaluation). Les réflexions pourraient néanmoins être approfondies afin de renforcer ce critère carbone.

Enfin, les dernières annonces du gouvernement en date du 5 avril 2024 mettent notamment en avant l'objectif d'instaurer une prime bas carbone pour le futur tarif "S24"  (voir question Q2.).

Sources : 

(1) « AVIS de l’ADEME : L’énergie photovoltaïque », ADEME (2022) : Lien

(2) « Les panneaux solaires bas-carbone en France : un enjeu environnemental, une opportunité industrielle ? », PILCER Louis-Samuel (2021) : Lien (dans cette publication il est précisé que les opinions et jugements n’engagent que la responsabilité de l’auteur)

(3) « World Energy Outlook 2022 », IAE (2022) : Lien

(4) « Plan de programmation des ressources : Le rapport sur les ressources minérales critiques pour les énergies bas-carbone », Ministère de la transition écologique, 2023 : Lien

Les panneaux photovoltaïques ont une durée de vie moyenne de 30 ans selon l'ADEME (1), ce chiffre pouvant varier en fonction de la qualité du panneau et de la maintenance de l'installation. Pour les onduleurs (qui transforment le courant continu produit en courant alternatif), cette durée varie entre 10 et 15 ans.  

Les modules sont recyclables à hauteur de 95% de leur poids, principalement grâce à la récupération facile de matériaux comme l'aluminium et le verre (qui représentent à eux seuls plus de 80% de la masse totale) (2). Le recyclage des matériaux critiques tels que le silicium et l'argent reste en revanche un challenge à relever, car les techniques actuelles ne permettent pas de produire de nouveaux panneaux à partir de panneaux usagés. Néanmoins, du fait de l’intérêt économique à recycler ces matériaux, il est fort probable qu'une filière dédiée soit opérationnelle rapidement (3).

Cadre réglementaire

La collecte et le traitement des panneaux PV en fin de vie, ainsi que des onduleurs, sont obligatoires. C’est la transposition du droit européen (Directive 2012/19/UE du Parlement européen et du Conseil du 4 juillet 2012 relative aux déchets d’équipements électriques et électroniques, DEEE) qui vient reconnaitre la responsabilité des producteurs pour la gestion de fin de vie. 

En France, selon le principe de responsabilité élargie des producteurs (REP), la gestion des déchets issus des équipements électriques et électroniques (EEE), doit être assurée par les fabricants desdits produits (pour aller plus loin sur le démontage et recyclage des installations photovoltaïques : lien).

Organisation de la filière

La responsabilité de collecte et de traitement incombe aux fabricants, qui opèrent via un éco-organisme à but non lucratif appelé Soren. Celui-ci propose des points de collecte répartis sur tout le territoire pour assurer un recyclage adéquat.

Pour plus de détails, l’ADEME a rédigé un rapport en 2021 : "Comment mener la filière photovoltaïque vers l'excellence environnementale ?".

Retrouvez également le webinaire AMORCE du 15 décembre 2023 « Les matériaux dans les Énergies Renouvelables : panorama et perspectives » dont une partie est consacrée à la question de la fin de vie d’un module photovoltaïque.

Sources : 

(1) Fiches ADEME sur les énergies renouvelables (2023): Lien

(2) « Le solaire photovoltaïque en France: réalité, potentiel et défis », CNRS (2023) : Lien

(3) « AVIS de l’ADEME : L’énergie photovoltaïque », ADEME (2022) : Lien

L’ADEME indique une durée de vie moyenne de 20 ans pour un parc éolien terrestre (1) . Selon les fabricants et la Commission de Régulation de l’Énergie (CRE), la durée de vie attendue peut s’étendre entre 25 et 30 ans, en fonction aussi de la maintenance du parc.

Lorsqu’un parc éolien arrive à son terme, deux scénarios se présentent, impliquant tous deux le démantèlement des éoliennes concernées : 

- Scénario 1: Remise à l'état initial du site;

- Scénario 2: Repowering (ou renouvellement).

Pour la suite de la réponse, un focus est réalisé sur le démantèlement des parcs éoliens terrestres avec remise en état du site. 

Pour tout connaitre sur le repowering, il est possible de consulter une récente note d’AMORCE dédiée à ce sujet.

Cadre réglementaire

C’est l'article 29 de l'arrêté ministériel du 26 août 2011 qui établit les règles relatives au démantèlement, à la valorisation et au recyclage des déchets issus de la démolition des éoliennes terrestres. L’article distingue 2 étapes :

• Le démantèlement (éolienne, postes de livraison, fondation, remise en état du site)
• La gestion des déchets issus du démantèlement.

En outre, il existe des objectifs de seuils minimaux pour la réutilisation ou le recyclage des composants des éoliennes (en % de la masse), voir l'article d'AMORCE à ce sujet: lien.

Organisation de la filière

L'exploitant du parc assume la responsabilité du démantèlement et de la gestion des déchets. De plus, lors de la demande d'autorisation environnementale, il doit constituer des garanties financières minimales pour assurer la réalisation de ces deux étapes en cas de défaillance. Ces garanties s'élèvent à 75000 € par turbine (récemment revues à la hausse avec l'arrêté du 11 juillet 2023).

Recyclage des composants 

Synthétiquement, une éolienne est composée d'environ (ordres de grandeur en % de la masse totale ) : 

• 90% d’acier et de béton
• 6 % de résine et fibres de verre de carbone
• 3% de cuivre et aluminium.

Se reporter à la question Q1. ci-dessus pour plus de détails.

Les éoliennes sont recyclables à hauteur d’environ 93 % de leur masse totale (1). 

Dans sa publication " Le défi de l’éolien en 10 questions ", l'ADEME indique que 100 % de l’acier, du béton, du cuivre et de l’aluminium utilisés peuvent être recyclés. Les enjeux portent essentiellement sur les pales d’éoliennes qui contiennent des matériaux composites. 

Focus sur les pales 

Actuellement, la méthode privilégiée pour valoriser les matériaux composites des pales est leur utilisation comme combustible dans les cimenteries. Plusieurs autres techniques sont explorées, notamment la gazéification, la pyrolyse, la solvolyse, le broyage mécanique et l'incinération. Cependant, ces méthodes nécessitent plus d’ingénierie et s'avèrent donc plus coûteuses (pour l’instant).

Pour avoir un retour d’expérience d'un professionnel du secteur sur la gestion de fin de vie d’une éolienne (avec une partie consacrée aux pales), il est possible d'accéder au replay du webinaire d'AMORCE « Les matériaux dans les Énergies Renouvelables : panorama et perspectives ».

Sources : (1) « Observatoire de l'éolien 2023 », France Renouvelables: Lien

L’idée que la transition énergétique nécessitera plus de ressources (métaux et minerais) fait consensus auprès des experts qui ont travaillé sur les différents scénarios prospectifs (IAE, RTE, ADEME, NégaWatt, etc.). Cette augmentation se fera sur deux volets:

- tout d’abord quantitativement avec un besoin accru en matériaux, aussi bien en France qu’au niveau mondial;

- puis qualitativement, avec un niveau de pureté et une diversité des métaux nécessaires plus importants.

Les paragraphes ci-dessous reprennent les éléments clés du rapport de synthèse "Les ressources minérales critiques pour les énergies bas-carbone" avec un focus sur les technologies solaires et éoliennes. Pour des réponses détaillées, il convient de consulter le chapitre II du rapport intitulée « Les risques d’approvisionnement des chaînes de valeur des technologies bas-carbone ».

Focus sur le photovoltaïque

La liste des métaux critiques pour les panneaux photovoltaïques est disponible sur le site du BRGM à ce lien.

Pour l’argent : la diminution progressive de la concentration en argent dans les modules, en raison du coût élevé de ce métal, devrait maintenir la demande relativement stable (représentant entre 10 et 15 % de la demande mondiale totale).

Pour le silicium : près de 20 % de la production métallurgique de silicium dans le monde est déjà destinée aux cellules photovoltaïques. 

Cette part devrait demeurer en dessous de 30 % de la demande mondiale totale à court terme (et ce, malgré les défis associés aux étapes de transformation pour les technologies monocristallines). 

Cependant, la ressource en silicium pourrait être sous tension à moyen-terme du fait de la pureté nécessaire pour les panneaux. 

Concernant les besoins français, l'ADEME a mis en place un indicateur visant à évaluer la quantité de ressources nécessaires pour la France en comparaison avec le reste du monde. Cet indicateur repose sur l'analyse des besoins matières avec un calcul de la moyenne annuelle (entre 2020 et 2050), dont on soustrait la production Française. Ensuite, cette quantité est confrontée à la production mondiale totale, en tenant compte du fait que la France représente environ 1 % du PIB mondial. 

D’après l’indicateur de l’ADEME, le besoin en silicium et en argent de la France représente moins de 1% (seuil de référence) et n’est donc pas critique.

Pour le cuivre : le cuivre fait partie des ressources pour lesquelles il pourrait exister de fortes tensions dans le futur, du fait d’un potentiel déséquilibre entre l’offre et la demande. Le besoin en cuivre va en effet augmenter au cours des prochaines années en raison de son importance stratégique (métal sollicité par de nombreux acteurs pour différentes technologies). Or, peu d’investissements ont été réalisés dans de nouvelles mines, créant ainsi de potentielles problématiques d'approvisionnement à partir de 2025

Focus sur l’éolien

La liste des métaux critiques pour les éoliennes est disponible sur le site du BRGM à ce lien.

Pour le cuivre: c’est la principale matière critique qui est nécessaire dans la conception d’une éolienne terrestre. De manière générale, l’analyse et les conclusions sont les mêmes que pour le photovoltaïque.

Pour les aimants permanents: les enjeux portent principalement sur les éoliennes offshore qui sont composées d’aimants permanents (contrairement aux éoliennes terrestres). Encore une fois, le besoin est à mettre en relation avec les autres usages : 10 % de la demande globale d'aimants permanents à base de terres rares est attribuée à l'énergie éolienne offshore alors que les moteurs de véhicules électriques représentent quant à eux 25 % de la demande totale. 

D’après l’indicateur de l'ADEME, les besoins français sont inférieurs à 0,2%. Mais ce chiffre est à mettre en perspective avec de nombreuses limites explicitées dans le Feuilleton Matériaux de l'ADEME, et dont la principale est que la Chine concentre environ 90 % de la production mondiale.

En conclusion, le rapport de synthèse analyse les besoins en matériaux pour la transition bas-carbone de la manière suivante :

« La disponibilité géologique n’apparaît en général pas comme une contrainte importante pour la plupart des métaux étudiés. Néanmoins, la prise en compte de la hausse de la demande, de la baisse tendancielle de la qualité des gisements et du temps de développement nécessaire à la mise en place de nouvelles capacités de production génère des risques sur l’offre de métaux. Ces risques seront d’autant plus élevés que certains gisements se trouvent fréquemment dans des zones à risque sur les plans sociaux et environnementaux. »

Pour aller plus loin concernant les besoins en cuivre pour l’éolien et le photovoltaïque, il est également possible de consulter:

- la fiche de criticité du cuivre mise en place par le BRGM (usage, répartition de la production mondiale, consommation, etc.). Le besoin est à mettre en relation avec la demande pour les autres usages.

- un schéma issu de la publication « Material and Resource Requirements for the Energy Transition » (2023) téléchargeable à ce lien.