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ÉLECTRICITÉ PHOTOVOLTAÏQUE 

Bilan énergétique

L'électricité produite par une installation photovoltaïque est sans pollution, il n'y a pas d'émissions de gaz à effet de serre ou de déchets. Les avantages environnementaux sont immenses ; mais, il faut fabriquer, installer et éventuellement recycler les composants du système. 

Donc la question : Quel est le bilan énergétique d'un système PV ?   

Ou : Pendant combien de temps un panneau photovoltaïque doit-il fonctionner afin de remplacer l'énergie utilisée pour sa fabrication? 

La réponse à ces questions a été le sujet de plusieurs études (voir Références en bas de page), en bref : 

- Il faut de 2 à 4 ans pour un système PV utilisant des cellules poly cristallines. Les variations sont dues au climat local et à l'inclinaison des modules (en toiture ou en façade) 

- Il faut moins de 3 ans pour un système PV utilisant des modules photovoltaïques amorphes.

Avec une durée de vie de 30 ans, on peut dire qu'un système photovoltaïque va produire de l'électricité sans aucune pollution pendant près de 90% de sa vie.

Bilan énergétique d'un système solaire photovoltaïque raccordé au réseau

La consommation d'énergie nécessaire pour la fabrication de systèmes photovoltaïques est comparable avec l'énergie consommée dans l'extraction, le transport et le raffinage des énergies fossiles, mais celles-ci vont ensuite produire des déchets et contribuer à la pollution. 

Une étude (publiée en avril 2006) réalisée par l'Agence International de l'Énergie et la fédération de l'industrie photovoltaïque européenne (EPIA), donne une analyse comparée du bilan énergétique de systèmes photovoltaïques dans le monde. 

Les conclusions de l'étude pour la France

D'après le document en anglais "Compared assessment of selected environmental indicators of photovoltaic electricity in OECD cities. "Voir Brochure-indicateurs_26_pays.pdf

L'énergie grise 

On appelle " énergie grise" l'énergie nécessaire pour permettre la consommation de l'énergie utile

Si l'on prend l'exemple du chauffage à mazout, la mesure du niveau du réservoir constitue la seule indication de la consommation d'énergie qui est fournie. Mais a cette consommation directement perceptible s'ajoutent les éléments suivants:
- production du carburant (extraction et transport du pétrole, raffinage, désulfuration, livraison)
- construction de la chaudière à mazout (fabrication, chauffage et éclairage des usines correspondantes)
- construction des infrastructures (réservoir à mazout et cheminée, énergie électrique pour l'exploitation de la chaudière et des pompes de circulation)
- entretien du système de chauffage (pièces de rechange, ateliers de service technique, ramoneur, contrôle officiel des valeurs d'émission)
- élimination ou recyclage (chaque étape du processus produit des déchets).   

La somme de l'énergie consommée pour ces besoins annexes est appelée "énergie grise" et il faut une certaine quantité afin de produire de l'énergie utile. Cependant, le rapport entre l'énergie grise et l'énergie utile est positif pour les énergies renouvelables et négatif pour tous les autres supports énergétiques.

Quel est l'énergie grise incorporée dans l'installation et l'utilisation d'un système PV ?

Les cellules photovoltaïques mono et polycristallines sont fabriqués à partir de tranches de silicium cristallisé. La purification et la cristallisation de silicium sont les parties du procédé de fabrication qui demandent le plus d'énergie. Ensuite, il faut couper le cristal en tranches et les assembler en module.

Le calcul de l'énergie consommée pendant ce procédé est complexe car l'industrie PV récupère une partie du silicium de l'industrie micro-électronique et d'autres facteurs concernant le conditionnement entre en jeu. L'énergie nécessaires pour la fabrication et l'installation d'un système PV raccordé au réseau est estimée à environ 600 kWh/m².

Dans le cas le modules photovoltaïques amorphes, très peu de matériau semi-conducteur est utilisé et c'est la fabrication du support de la couche mince qui demande la plus grande quantité d'énergie. L'énergie nécessaires pour la fabrication et l'installation d'un système PV raccordé au réseau est estimée à environ 420 kWh/m².

La croissance constante du marché mondial encourage l'industrie photovoltaïque à améliorer les performances des modules et des procédés de fabrication industrielle. Ainsi la part d'énergie grise diminue par rapport à la productivité globale. 

L'énergie grise incorporée dans les systèmes photovoltaïques 
mesurées en années de production, suivant les techniques 
actuelles et les techniques prévisibles dans un avenir proche.
D'après le NREL, Ministère de l'Énergie des Etats-Unis

Et les éoliennes ?

Les éoliennes les plus performantes produisent jusqu'à 35 fois plus d'énergie qu'il a fallu consommer pour leur fabrication.
D'après une étude (avril 2005) du fabricant Vestas au Danemark:
- L'éolienne "off shore" V90 de 3 MW produit l'énergie nécessaire pour sa fabrication dans 6,8 mois et elle est conçue pour fonctionner 20 ans. Pendant ces 20 ans, elle doit produire 280.000 MWh et ainsi évite l'émission de 230.000 tonnes de CO2 (par rapport aux émissions d'une centrale thermique au charbon utilisée au Danemark, et en France pendant l'hiver).
De plus, la plupart des composants de l'éolienne peuvent être recyclés en fin de vie.

Recyclage des panneaux photovoltaïques

La plus ancienne centrale solaire allemande de 600 kW, sur l'Île de Pellworm dans la mer du Nord a dépassé la durée de vie prévue de 20 ans, et sera réhabilité.
L'entreprise Solar World AG (www.solarworld.de) propose de recycler les modules PV fabriqués par AEG-Telefunken en 1983. Les panneaux seront d'abord fondus afin de séparés les composants. Ensuite, les cellules en silicium seront soumises à un procédé de purification qui va permettre leur réutilisation dans des nouveaux modules PV.

Ces nouveaux panneaux photovoltaïque auront une garantie de 25 ans et l'énergie grise incorporée seront nettement inférieure aux panneaux avec des composants neufs.

Limiter les déchets

En juillet 2007, l'association PV Cycle est née afin d'améliorer les procédés de fabrication, les rendre moins énergivores et de limiter les déchets. L'association rassemble 23 industriels, représentant près de 80 % du marché européen du photovoltaïque. L'objectif est d'établir un schéma volontaire de récupération des déchets et de devenir le corps de recyclage de l'Europe.

Un module photovoltaïque est essentiellement composé des matériaux recyclables (verre et métal). Cependant, le problème est plus délicat, lors de la récupération du silicium. L'objectif à l'horizon 2015, est de collecter 90 % de déchets et de recycler un minimum de 80 %.

Quelques références sur le web 

Une étude (publiée en avril 2006 en anglais) réalisée par l'Agence International de l'Énergie et la fédération de l'industrie photovoltaïque européenne (EPIA) "Compared assessment of selected environmental indicators of photovoltaic electricity in OECD cities. "Voir Brochure-indicateurs_26_pays.pdf

Un document de synthèse en anglais sur le site du NREL (National Renewable Energy Laboratory) qui est un laboratoire du Ministère de l'Énergie des Etats-Unis. http://www.nrel.gov/docs/fy04osti/35489.pdf  

L'énergie "grise" (Markus May, Sonnen Energie - No6/97, décembre 1997) http://membres.lycos.fr/yvesrenaud/Ecologie/grise.html  

Et le site de Jean-Marc Jancovici avec des chiffres et des idées concernant l'énergie et le réchauffement de la planète http://www.manicore.com/documentation/environnement_prospective.html