Produite à partir d’une source naturelle gratuite comme le soleil, l’électricité solaire est considérée comme une énergie renouvelable essentielle pour atténuer les impacts des énergies fossiles. Cependant, malgré ses nombreux avantages, les critiques concernant son efficacité, son prix et son bilan carbone sont de plus en plus répandues. Les méthodes de production des panneaux photovoltaïques sont notamment pointées du doigt en raison de l’utilisation de matériaux polluants et de la quantité d’énergie requise. Alors, les bénéfices de cette source d’énergie sont-ils annulés par l’empreinte carbone des panneaux photovoltaïques ? Découvrez la réponse ici.
Comment est produite l’électricité solaire ?
L’électricité solaire : une énergie renouvelable très prisée
Comme l’électricité éolienne et hydraulique, l’électricité solaire est une énergie renouvelable qui provient d’une source naturelle inépuisable à l’échelle humaine : le soleil. Pour produire de l’électricité solaire, trois principaux procédés de captation sont utilisés :
- le photovoltaïque ;
- la thermodynamique ;
- le thermique.
En France, ce sont les panneaux photovoltaïques qui dominent le marché. Ils sont plats, directement connectés au réseau électrique et installés sur les toits des bâtiments, dans des parcs dédiés ou des fermes solaires exploitées par des entreprises.
Depuis leur commercialisation entre 1995 et 2001, les panneaux solaires ont suscité un engouement massif et ont été accueillis positivement pour plusieurs raisons :
- ils permettent de réduire les factures d’énergie de 40 % ;
- ils sont accessibles aux professionnels et aux particuliers (facilité d’installation, dimensions modulables, fonctionnement autonome, etc.) ;
- ils émettent peu de gaz à effet de serre ;
- ils génèrent peu ou pas de déchets ;
- ils nécessitent peu d’entretien ;
- ils contribuent à la transition énergétique ;
- ils fonctionnent même par temps de pluie, car ils utilisent la lumière du soleil.
Le fonctionnement d’un panneau solaire
Un panneau solaire est composé de matériaux tels que le silicium, le verre, l’aluminium, le cuivre et le plastique, contrairement aux idées reçues. Une fois exposés au soleil, ces matériaux semi-conducteurs génèrent un courant électrique continu grâce à la circulation des électrons. Cependant, l’électricité ne peut être utilisée qu’après avoir été transformée en courant alternatif à l’aide d’un boîtier appelé onduleur (ou micro-onduleur).
Il existe deux types de panneaux solaires :
- les panneaux solaires thermiques, qui permettent de produire de l’eau chaude sanitaire en captant la chaleur du soleil et en la transmettant à un fluide caloporteur ou à un ballon d’eau chaude ;
- les panneaux photovoltaïques, dont les cellules captent et convertissent la lumière du soleil en électricité solaire.
👉 Ces deux types de panneaux peuvent également être combinés pour former un panneau hybride.
Quel est le bilan carbone de la production d’électricité solaire ?
La méthodologie de calcul du bilan carbone des panneaux solaires
L’empreinte carbone correspond aux émissions de gaz à effet de serre directes ou indirectes causées par une activité ou une filière, dans ce cas, le photovoltaïque. Ainsi, pour calculer le bilan carbone de la production d’électricité solaire, il est nécessaire de réaliser une Analyse du cycle de vie (ACV) d’un panneau photovoltaïque. Cette étude prend en compte l’énergie et les émissions générées tout au long du cycle de vie de l’installation, notamment :
- l’extraction des matières premières ;
- la fabrication et l’assemblage ;
- le transport ;
- l’utilisation ;
- le recyclage.
En fin de compte, le bilan carbone d’un panneau est mesuré en grammes équivalents de CO2 par kilowatt-heure (gCO2eq/kWh).
L’empreinte carbone de la production d’électricité solaire
La fabrication des panneaux photovoltaïques
Il ne faut pas se faire d’illusions, toute production d’énergie, aussi renouvelable soit-elle, a un impact écologique plus ou moins important. C’est également le cas de l’électricité solaire, en particulier lors de la fabrication des panneaux.
En effet, l’impact environnemental du photovoltaïque est principalement dû à la fabrication des panneaux. Ces derniers, principalement produits en Chine, nécessitent l’utilisation de matériaux polluants tels que le silicium et le mercure.
Le silicium, bien qu’abondant sur Terre, est extrait des carrières sous forme de quartz et nécessite une transformation en plaques très fines. Ce processus de production est très énergivore, quel que soit le procédé utilisé.
👉 Le CNRS estime que la production d’un kilogramme de silicium en plaques fines nécessite 2 933 kWh d’électricité.
Selon l’ADEME, en France, un panneau photovoltaïque émet en moyenne 55 grammes de CO2 par kilowatt-heure produit. Cependant, en prenant en compte les matériaux utilisés, le modèle et le mix énergétique du pays de fabrication, l’empreinte carbone du photovoltaïque est évaluée comme suit :
- 43,9 g CO2eq/kWh pour les panneaux chinois : l’électricité utilisée lors de la fabrication provient principalement du charbon. Selon le ministère français de la Transition écologique, une centrale à charbon émet 0,85 tonne de CO2 par mégawatt-heure d’électricité produite ;
- 32,3 g CO2eq/kWh pour les panneaux européens ;
- 25,2 g CO2eq/kWh pour les panneaux français grâce à notre mix énergétique peu carboné.
L’utilisation des panneaux solaires
La phase d’utilisation des panneaux solaires en fait une source d’électricité propre, car ils ne produisent ni bruit, ni mouvement, ni émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, leur empreinte carbone est presque nulle. Cependant, il est important de prendre en compte les opérations de maintenance et d’entretien.
La fin de vie des installations
La durée de vie d’un panneau solaire est estimée entre 20 et 50 ans. Au-delà de cette période, sa puissance et son rendement diminuent. En France, conformément à la directive européenne 2002/96/CE relative aux déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE), les distributeurs de panneaux solaires sont responsables des coûts et doivent initier le processus de recyclage. Cette directive, renforcée en 2012, garantit que les composants recyclables des panneaux seront réutilisés comme matières premières dans la fabrication de nouveaux matériaux.
Outre les distributeurs, des organismes spécialisés tels que Soren peuvent également prendre en charge le recyclage. En 2021, Soren a collecté et valorisé 3 463 tonnes de panneaux photovoltaïques.
L’électricité solaire par rapport aux énergies fossiles
Certes, les panneaux solaires ne sont pas totalement neutres en carbone. Cependant, leur bilan carbone est minime par rapport à celui des énergies fossiles. Selon l’association SolarPowerEU, la production d’électricité solaire émet 96 % de moins de carbone que le charbon et 93 % de moins que le gaz naturel.
Il convient également de mentionner que, outre les émissions de gaz à effet de serre, les énergies fossiles contribuent à la déforestation, épuisent les ressources naturelles et fragilisent les écosystèmes ainsi que les espèces animales et végétales. Ce ne sont là que quelques exemples des conséquences de l’utilisation des combustibles fossiles…
👉 En fin de compte, malgré l’empreinte carbone de la phase de fabrication des panneaux, la production d’électricité solaire reste une solution efficace pour lutter contre le réchauffement climatique.
Comment améliorer le bilan carbone de la production d’électricité solaire ?
Dans le but d’atteindre l’objectif national de neutralité carbone d’ici 2050, la Programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) vise à augmenter la part des énergies renouvelables dans la consommation finale brute d’énergie, passant de 20,7 % en 2022 à 33 % d’ici 2030. Idéalement, d’ici 2028, la filière photovoltaïque devrait représenter 28 % de la production d’électricité renouvelable.
Comment atteindre cet objectif tout en limitant l’empreinte carbone de la production d’électricité solaire ?
Fabriquer des panneaux solaires à faible empreinte carbone
Le bilan carbone de la production d’énergie solaire est principalement dû à la fabrication des panneaux en Chine, où la production d’électricité repose en grande partie sur les énergies fossiles. Ainsi, pour fabriquer des panneaux solaires à faible empreinte carbone, il est nécessaire de relocaliser la production en France, en particulier l’assemblage des modules.
Comme l’indique le Ministère de la Transition écologique dans un document de travail datant de 2021, les panneaux solaires fabriqués en France sont plus respectueux de l’environnement pour deux raisons :
- l’assemblage réalisé en France émet moins de CO2 que celui réalisé à l’étranger, car la France bénéficie d’un mix énergétique peu carboné ;
- les acteurs français ont adopté une stratégie d’approvisionnement plus respectueuse de l’environnement et moins émettrice de CO2 que leurs concurrents étrangers.
De plus, des alternatives commencent à émerger en France :
- la technologie des couches minces occupe une part de marché importante en France. Bien que ces panneaux soient moins émetteurs de gaz à effet de serre, ils contiennent des composants toxiques, tels que le cadmium ;
- l’utilisation de panneaux solaires fabriqués à partir de matériaux recyclés gagne également en popularité. Malheureusement, cette alternative reste relativement coûteuse.
Limiter l’utilisation de matériaux
Depuis leur commercialisation, les panneaux solaires ont connu de nombreuses évolutions technologiques visant à améliorer leur bilan carbone :
- la première génération, connue sous le nom de “panneaux solaires en silicium cristallin”, était coûteuse à produire, polluante (extraction et traitement du silicium cristallin générant des déchets et consommant beaucoup d’énergie) et avait une durée de vie limitée ;
- la deuxième génération, connue sous le nom de “panneaux solaires en silicium amorphe”, était moins chère à produire, mais nécessitait l’utilisation de produits chimiques potentiellement dangereux pour l’environnement ;
- la troisième génération, connue sous le nom de “panneaux solaires à couches minces”, était plus légère, mais ses performances étaient limitées et elle requérait encore l’utilisation de matériaux toxiques ;
- la quatrième génération, connue sous le nom de “panneaux solaires organiques”, avait des performances médiocres et n’a pas été commercialisée ;
- la cinquième génération, connue sous le nom de “panneaux solaires en silicium cristallin à haut rendement”, offre des rendements supérieurs à 20 %, est moins coûteuse à produire, moins énergivore et plus durable.
Bien que la quantité de matériaux utilisés ait diminué au fil des ans, la PPE encourage les chercheurs et les industriels européens et français à développer de nouvelles méthodes, telles que l’hétérojonction. Cette technologie innovante consiste à mettre en contact deux semi-conducteurs différents, le silicium monocristallin et le silicium amorphe, dans la couche active des panneaux. Selon le gouvernement français, cette nouvelle alternative devrait offrir un rendement supérieur aux panneaux solaires actuels tout en réduisant l’utilisation de silicium.
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