Le recyclage des panneaux solaires

Avec le développement à marche forcée de l’industrie photovoltaïque, la question du recyclage des vieux panneaux solaires et de leurs composants électroniques devient de plus en plus importante au point d’en devenir une industrie à part entière.

De plus, les réglementations de plus en plus strictes sur le traitement des déchets (électroniques), comme c’est le cas dans l’Union Européenne, poussent les fabricants et les propriétaires d’installations photovoltaïques à s’intéresser à la façon dont ils peuvent se débarrasser de leurs vieux panneaux solaires.

Le secteur de l’énergie a connu un changement radical et le passage progressif à l’approvisionnement en énergie renouvelable est plus qu’évident. Néanmoins, tout ce qui semble durable ne le reste pas à la fin de son cycle de vie. C’est du moins l’inquiétude la plus courante concernant les panneaux solaires photovoltaïques. Ils constituent une source d’énergie durable, dépendant uniquement du rayonnement solaire, et capables de fournir de l’électricité. Cependant, qu’advient-il des panneaux solaires à la fin de leur vie utile ? Peuvent-ils être recyclés ou réutilisés d’une autre manière ? Découvrez leur parcours dans le processus dans notre guide sur le recyclage des panneaux solaires.

Quelle est la durée de vie des panneaux solaires ?

C’est une question que la plupart des gens se posent lorsqu’ils envisagent d’installer des panneaux solaires. Selon les études, la durée de vie des panneaux solaires est d’environ 40 à 50 ans avant leur mise hors service. Et comme il n’y a pas de pièces mobiles, les panneaux et les équipements utilisés pour exploiter la puissance du soleil ne nécessitent qu’une maintenance minimale au cours de leur durée de vie, surtout si on les compare aux équipements utilisés pour d’autres formes de production d’énergie.

Pendant la durée de vie des panneaux photovoltaïques, une diminution de 20 % de la capacité de production d’énergie peut se produire. Entre les 10 et 12 premières années, la diminution maximale du rendement est de 10 %, et de 20 % lorsqu’on atteint 25 ans. Ces chiffres sont garantis par la majorité des fabricants.

Pourtant, l’expérience montre qu’en réalité, le rendement ne diminue que de 6 à 8 % après 25 ans. La durée de vie des panneaux solaires peut donc être beaucoup plus longue que celle annoncée officiellement. La durée de vie des modules photovoltaïques de haute qualité peut même atteindre 30 à 40 ans, et être encore fonctionnelle par la suite, bien qu’avec une efficacité décroissante.

Pourquoi le recyclage des panneaux solaires est-il important ?

Les panneaux solaires atteignent la fin de leur vie après environ 40 ans voire 50 ans. À mesure que l’utilisation des panneaux solaires augmente, la quantité de déchets provenant des panneaux cassés ou mis hors service augmente également. Une augmentation significative des déchets de panneaux solaires est à prévoir. En effet, d’ici 2050, les déchets issus des panneaux solaires pourraient représenter 10 % du total des déchets électroniques dans le monde.

Aujourd’hui, au niveau mondial, environ 90 % des panneaux solaires finissent dans des décharges où, comme tous les déchets électroniques, ils finissent par libérer des produits chimiques toxiques dans le sol et les réserves d’eau. Les panneaux solaires à couche mince, en particulier, contiennent des quantités relativement importantes de métaux toxiques, à savoir le cadmium, le tellure et l’indium. Une étude a montré que les panneaux solaires au tellurure de cadmium laissent échapper jusqu’à 62 % de leur cadmium dans l’eau après seulement un an.

En plus d’être bénéfique pour l’environnement, le recyclage des panneaux solaires présente un avantage économique. Au cours des 30 prochaines années, les pièces recyclées des panneaux solaires pourraient avoir une valeur estimée à 15 milliards d’euros et pourraient produire jusqu’à 630 GW d’électricité si elles étaient utilisées pour produire de nouveaux modules photovoltaïques.

De quels matériaux est constitué un panneau solaire ?

Parmi les matériaux utiles qui peuvent être récoltés à partir des panneaux solaires en fin de vie, on peut citer :

👉 Le verre, qui est réutilisable à 95 % et constitue environ 75 % des panneaux photovoltaïques à base de silicium et environ 90 % des panneaux photovoltaïques à couche mince.

👉 L’aluminium, qui est réutilisable à 100 % et constitue environ 6 à 8 % du panneau photovoltaïque moyen.

👉 Le plastique, qui représente environ 10 % des panneaux photovoltaïques à base de silicium.

👉 Le silicium, qui représente environ 5 % des panneaux photovoltaïques à base de silicium.

Pourquoi le recyclage des panneaux solaires est-il difficile ?

La difficulté du recyclage des panneaux solaires ne réside pas dans le fait que les matériaux dont ils sont constitués sont difficiles à recycler, mais plutôt dans le fait qu’ils sont construits à partir de plusieurs couches collées entres elles, tel un mille-feuille. La séparation de ces matériaux et le recyclage de chacun d’entre eux de manière unique est un processus complexe et coûteux.

Démantèlement des panneaux solaires

D’un point de vue réglementaire, les déchets issus de panneaux photovoltaïques relèvent toujours de la classification générale des déchets. Une seule exception existe au niveau de l’UE, où les panneaux PV sont définis comme des déchets électroniques dans la directive sur les Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques (DEEE). La gestion des déchets issus de panneaux photovoltaïques est donc essentiellement régie par cette directive.

La DEEE fait référence à la directive 2002/96/CE de la Communauté européenne relative à la collecte et au recyclage des déchets de produits électriques et électroniques. Cette directive est devenue une loi européenne en février 2003 et exige des fabricants qu’ils établissent et organisent une infrastructure pour collecter gratuitement leurs déchets d’équipements électroniques pour les ménages et les recycler ou les éliminer de manière écologique.

La directive DEEE a été transposée en droit national dans les 28 pays membres de l’UE, qui sont chargés de formuler leurs dispositions respectives dans le cadre de la directive. Par conséquent, les détails des exigences en matière de collecte, de recyclage et d’élimination des déchets varient dans chaque pays membre.

Pendant des années, les produits solaires ont été exemptés de la directive DEEE. À partir du premier trimestre 2014, lorsque la directive DEEE modifiée qui inclut les modules solaires photovoltaïques, elle a été transposée dans le droit national de tous les pays membres de l’UE. Ainsi, les fabricants de panneaux solaires sont obligés de collecter et de recycler les panneaux usagés dans chaque État membre. C’est une procédure très coûteuse pour les fabricants car, en l’absence d’un cadre commun et égal, les exigences varient dans chaque État membre de l’UE.

Les fabricants de modules photovoltaïques sont tenus par la loi de respecter des exigences légales et des normes de recyclage spécifiques afin de s’assurer que les panneaux solaires ne deviennent pas une charge pour l’environnement. C’est alors que les technologies de recyclage des panneaux solaires ont commencé à émerger. Les fabricants ont collaboré avec les gouvernements et ont trouvé des solutions pour s’attaquer aux déchets solaires.

Les déchets issus des panneaux solaires

En fait, si des processus de recyclage n’étaient pas mis en place, 60 millions de tonnes de déchets issus de panneaux photovoltaïques se retrouveraient dans les décharges d’ici 2050. Comme tous les modules photovoltaïques contiennent une certaine quantité de substances toxiques, cela deviendrait vraiment une façon peu durable de s’approvisionner en énergie.

Sur la carte interactive suivante, vous pouvez voir quels pays produisent le plus de déchets de panneaux solaires :

La technologie solaire au silicium cristallin représente la majeure partie de la part de marché des panneaux solaires. Ce type de panneau est constitué d’un cadre en aluminium, de verre, de rubans de cuivre, de couches de polymère et d’une feuille arrière (backsheet), de cellules solaires en silicium et d’une boîte de jonction en plastique. Les couches de polymère protègent le panneau contre l’exposition aux intempéries mais peuvent rendre le recyclage et le démontage du panneau difficiles, car des températures élevées sont souvent nécessaires pour détacher l’adhésif.

Bon nombre de ces composants peuvent être recyclés. Le verre constitue la majeure partie du poids d’un panneau solaire (environ 75 %), et le recyclage du verre est déjà une industrie bien établie. Le cadre en aluminium, les rubans de cuivre et la boîte de jonction en plastique sont d’autres matériaux facilement recyclables.

D’autres matériaux situés à l’intérieur des cellules solaires peuvent être plus difficiles à recycler. L’argent et le cuivre sont des composants précieux, mais les panneaux en contiennent généralement de très faibles quantités. Des métaux toxiques comme le plomb et le cadmium peuvent également être présents dans les panneaux solaires.

Les panneaux solaires peuvent contenir des matériaux critiques, notamment de l’aluminium, de l’étain, du tellure et de l’antimoine, ainsi que du gallium et de l’indium dans certains modules à couche mince.

D’autres composants d’une installation photovoltaïque peuvent inclure des onduleurs ou des micro-onduleurs, des structures de fixation et des batteries, qui peuvent également être recyclés. Les onduleurs peuvent être recyclés avec les déchets électroniques, et les supports peuvent être recyclés avec des déchets métalliques similaires.

L’idée reçue selon laquelle les panneaux solaires ne sont pas recyclables est donc un mythe. Il s’agit toutefois d’un processus qui a besoin de temps pour être largement mis en œuvre et qui nécessite des recherches supplémentaires pour atteindre son plein potentiel de recyclage adéquat de tous les composants des panneaux solaires. Pour cette raison, il est nécessaire que les concepteurs de panneaux et les entreprises de recyclage collaborent étroitement afin que le produit soit issu d’une éco-conception réfléchie.

Processus de recyclage des panneaux solaires

Il existe deux grands types de panneaux solaires, qui nécessitent des approches de recyclage différentes. Ceux à base de silicium et ceux à base de couches minces qui sont recyclés à l’aide de processus industriels distincts. Actuellement, les panneaux à base de silicium sont plus courants, mais cela ne signifie pas que les matériaux des cellules à couche mince n’ont pas une grande valeur.

Les recherches menées sur le thème du recyclage des panneaux solaires ont débouché sur de nombreuses technologies. Certaines d’entre elles atteignent même une étonnante efficacité de recyclage de 96 %, mais l’objectif est de placer la barre plus haut à l’avenir.

Recyclage des panneaux solaires à base de silicium

Pour les modules photovoltaïques à base de silicium, le processus de recyclage se compose de plusieurs étapes. Tout d’abord, le retrait des cadres en aluminium (la plupart des modules en possèdent) et des boîtes de jonction avec les câbles. Le reste du module comprenant le verre, la feuille arrière et les cellules est ensuite broyé jusqu’à obtenir de petits morceaux (<5 mm).

Ensuite, les fractions sont séparées et triées en fonction du type de matériau, ce qui se fait en les faisant passer par un tambour de lixiviation et un tamis vibrant, où le verre est séparé des morceaux d’EVA (Ethylène Acétate de Vinyle).

Les morceaux d’EVA sont collectés dans un autre convoyeur tandis que le verre tombe à travers le tamis vers une goulotte où il est ensuite traité pour être rincé. Après avoir été nettoyé, le verre est déposé dans des conteneurs de recyclage et les eaux de rinçage sont pompées vers un système de précipitation pour la récupération des métaux.

Les pièces métalliques sont précipitées dans un processus en trois étapes en augmentant le pH à l’aide d’hydroxyde de sodium. Une fois que les composés solides se sont déposés et ont été transformés par une filtration riche en métaux, ils sont pratiquement prêts à être transformés en matière première de qualité semi-conducteur.

Jusqu’à 90 % du verre d’un module et 95 % du matériau semi-conducteur peuvent être récupérés au cours de ce processus. Les déchets des cadres en aluminium, par exemple, peuvent être recyclés et transformés en matière première utilisable pour les meubles, les téléphones portables ou encore de nouveaux cadres de panneaux solaires. Les cellules de silicium peuvent être recyclées comme matière première pour de nouvelles cellules solaires.

Des innovations visant à optimiser le processus de recyclage et à récupérer les matériaux les plus purs sont en cours. Par exemple, Veolia, une entreprise française, utilise des robots pour séparer les parties des panneaux solaires à base de silicium en vue de leur recyclage et a la capacité de traiter 4 000 tonnes de matériaux de panneaux solaires par an.

Recyclage des panneaux solaires à couches minces

En comparaison, les panneaux à couche mince sont traités de manière plus radicale. La première étape consiste à les passer dans un broyeur. Ensuite, un broyeur veille à ce que toutes les particules ne dépassent pas 4 à 5 mm, taille à laquelle le laminage qui maintient les matériaux intérieurs ensemble se brise et peut donc être retiré. Contrairement aux panneaux photovoltaïques à base de silicium, la substance restante est composée de matériaux solides et liquides. Pour les séparer, on utilise une vis rotative, qui maintient les parties solides en rotation à l’intérieur d’un tube, tandis que le liquide s’écoule dans un récipient.

Les liquides passent par un processus de précipitation et de déshydratation pour garantir leur pureté. La substance résultante subit un traitement métallique pour séparer complètement les différents matériaux semi-conducteurs. Cette dernière étape dépend de la technologie effectivement utilisée lors de la production des panneaux. Toutefois, en moyenne, 95 % du matériau semi-conducteur est réutilisé.

Les avantages futurs de la gestion des déchets solaires

Maintenant que nous savons que les panneaux solaires peuvent être recyclés, la question est de savoir quels autres avantages ils apportent à l’économie, le cas échéant. Il est évident qu’une infrastructure adéquate de recyclage des panneaux solaires devra être mise en place pour gérer les grands volumes de modules PV qui seront éliminés dans un avenir proche. Une fois cette infrastructure mise en place, nous assisterons à plusieurs facteurs positifs et à de nouvelles opportunités au sein de l’économie.

Non seulement le recyclage du PV créera davantage d’opportunités d’emplois verts, mais aussi des matériaux de grande valeur récupérable. Cet afflux permettra de produire de nouveaux panneaux sans avoir à investir dans des matières premières. Cela signifie qu’il sera possible de produire de l’énergie rien qu’en réutilisant des matériaux déjà utilisés.

Grâce à la baisse constante des prix de l’énergie solaire, de plus en plus de ménages et d’entreprises choisissent d’investir dans une installation solaire. Par conséquent, encore plus d’opportunités économiques dans le secteur du recyclage des panneaux solaires vont émerger.

Le recyclage des panneaux solaires permet de réutiliser des éléments rares et coûteux.

Outre la protection de l’environnement, le recyclage des panneaux solaires aura également un impact économique. Certains des éléments rares des cellules photovoltaïques (PV), comme le gallium et l’indium, s’épuisent dans l’environnement au fil du temps. Si nous étions en mesure de récupérer ces éléments, nous pourrions conserver la quantité limitée disponible sur terre et continuer à les utiliser pour les panneaux solaires et d’autres produits. En outre, une étude réalisée en 2016 par l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) a estimé que 15 milliards de dollars pourraient être récupérés grâce au recyclage des modules solaires d’ici 2050. En recyclant les panneaux solaires, nous pouvons conserver des matériaux importants qui peuvent être réintégrés dans de nouveaux produits, ce qui allège les contraintes de la chaîne d’approvisionnement et, au final, réduit le coût du solaire.

La réutilisation des panneaux solaires

Dans cet article, nous entendons par « recyclage » la décomposition des panneaux solaires et l’utilisation de ces matériaux récupérés ailleurs, notamment dans d’autres produits solaires. Cependant, il existe également le concept de « réutilisation » des panneaux solaires, qui constitue un autre type de solution au problème des déchets solaires.

La réutilisation est une méthode de recyclage séduisante pour les panneaux solaires, car les produits nécessitent peu de traitement. Cependant, les panneaux solaires qui ont dépassé leur durée de vie garantie produisent généralement beaucoup moins d’énergie que lorsqu’ils étaient neufs, ce qui les rend inutilisables pour la production d’énergie solaire. Les panneaux solaires usagés ont encore leur place, mais il ne s’agit pas d’une solution à long terme ou permanente pour résoudre le problème des déchets.

La réutilisation des panneaux solaires est utile pour les petites applications hors réseau, où il n’est pas essentiel de produire de l’électricité de manière super efficace avec la dernière technologie solaire. Elle est également applicable pour les petits chargeurs solaires spécifiques, comme l’alimentation des panneaux électroniques sur l’autoroute ou la recharge d’une station de vélos électriques. Dans la plupart des cas, les panneaux usagés ou remis à neuf ne produisent pas assez d’électricité pour être utiles.

Est-ce que les panneaux solaires contiennent des terres rares ?

Disons-le immédiatement ! Les panneaux solaires ne contiennent pas de terres rares. Seuls quelques métaux employés ont des ressources limitées (argent, indium). Industriellement, ils nécessiteront de trouver un substitut mais pas à court terme. La rareté des matériaux n’est pas un handicap pour le développement de l’énergie solaire photovoltaïque.

Les modules faits de silicium (97% du marché en 2022) utilisent actuellement deux métaux en quantité limitée: l’argent (Ag) et l’indium (In). Le bismuth (Bi) peut également remplacer le plomb (Pb) dans les contacts (soudures). Des parades existent pour réduire voire supprimer l’usage de ces matériaux. Les limites en ressources pour ces métaux vont imposer aux fabricants une certaine forme d’adaptation, mais aucun blocage n’est prévu. Concernant le silicum ô combien indispensable, sa quantité s’est réduit de 16 grammes / Watts en 2004 à 3 grammes / Watt en 2020.

Les acteurs français du recyclage des panneaux solaires

L’organisme le plus connu au niveau national pour le recyclage des modules PV est SOREN qui a pour fondation l’organisme international PV Cycle. SOREN est un organisme français pour la reprise et la valorisation volontaires des modules photovoltaïques dont les bureaux principaux se trouvent à Paris.

L’histoire de l’association PV Cycle remonte à la parution des premières publications sur le traitement des déchets, les DEEE, les questions de cycle de vie et les systèmes de reprise volontaire en 2003, ainsi que la publication de l’étude Ökopol sur le traitement des déchets de modules la même année.

L’étude Ökopol était la première de son genre à aborder la question de la gestion des déchets dans l’industrie photovoltaïque. À la suite de plusieurs ateliers consacrés à cette question, l’initiative PV Cycle a été lancée en 2005, dans le but de créer un système permettant d’institutionnaliser le recyclage dans l’industrie photovoltaïque.

Deux ans plus tard, l’association PV Cycle a été fondée le 5 juillet 2007, avec pour objectif de mettre en œuvre des schémas et des programmes de recyclage pour le traitement de tous les types de modules photovoltaïques en fin de vie.

À cet égard, PV Cycle vise à créer un programme de reprise et de recyclage volontaire, totalement écologique et durable à l’échelle du secteur, au sein de la chaîne de valeur de l’industrie solaire, en intégrant les questions de gestion des déchets, de traitement après utilisation et de réutilisation, ce qui permet d’économiser des matières premières rares et coûteuses en capital et en énergie.

Veolia dispose d’une unité de recyclage dédiée aux panneaux solaires

Contrairement à la plupart des pays hors zone UE, l’Europe dispose d’un marché solaire développé. En raison des réglementations gouvernementales, les propriétaires de panneaux solaires européens doivent recycler leurs panneaux lorsqu’ils ont fini de les utiliser. Cela a créé un marché pour les recycleurs de panneaux, dont Veolia fait partie.

En 2018, la société de gestion des déchets Veolia, basée près de Paris, a ouvert ce qu’elle dit être la première ligne de recyclage développée spécifiquement pour le recyclage des panneaux solaires. Située à Rousset, dans le département des Bouches-du-Rhône, l’usine utilise également un processus de recyclage mécanique, même si, étant donné qu’elle est conçue pour les panneaux solaires, davantage de composants sont recyclés séparément que dans les installations utilisant des équipements généraux de recyclage des déchets électroniques. Mais certaines entreprises parient que d’autres méthodes, comme les procédés thermiques et chimiques, seront encore plus efficaces.

Rosi Solar, nouvel acteur français du recyclage

Rosi Solar, une startup française fondée en 2017, a récemment annoncé son intention de construire une nouvelle usine de recyclage à Grenoble, en France. Yun Luo, le PDG de ROSI, explique que l’entreprise a mis au point un procédé pour extraire l’argent, le silicium et d’autres matériaux de grande valeur des panneaux usagés. L’usine devrait ouvrir avant la fin de l’année 2022 grâce à un contrat de Soren.

Rosi Solar se concentre sur la récupération de l’argent et du silicium de haute pureté, car ces deux matériaux représentent plus de 60 % du coût d’un panneau. L’entreprise utilise un procédé chimique breveté sur les couches restantes, en se concentrant sur l’élimination des minuscules fils d’argent qui transmettent l’électricité dans un panneau solaire en fonctionnement.

M. Luo a refusé d’entrer dans les détails, mais affirme que l’entreprise peut récupérer la quasi-totalité de l’argent sous forme solide, ce qui facilite sa séparation des autres métaux, comme le plomb et l’étain. M. Luo précise que l’entreprise récupère également le silicium sous une forme suffisamment pure pour le traiter et le réutiliser dans de nouveaux panneaux ou des batteries de véhicules électriques.

Pour être rentable, Rosi Solar devra recycler au moins 2 000 à 3 000 tonnes de panneaux par an, selon M. Luo. Soren prévoit de collecter environ 7 000 tonnes de panneaux en 2021, et ce chiffre fera probablement plus que doubler d’ici 2025.

Soren travaille également avec une société de logistique française appelée Envie 2E Aquitaine, qui tentera de trouver d’autres utilisations pour les panneaux solaires déclassés. Si les panneaux ne sont pas opérationnels, l’entreprise enlèvera le cadre en aluminium et le verre avant de les transmettre à Rosi Solar pour qu’ils soient recyclés.

Quel est le bilan carbone d’une installation photovoltaïque ?

Une centrale photovoltaïque en toiture équipée de panneaux en silicium monocristallin émet en moyenne 30 grammes de CO² eq/kWh. Les émissions s’effectuent à 71% lors de la fabrication des panneaux.

Pour comprendre à quoi sont dues les émissions d’un générateur photovoltaïque, il faut considérer les émissions du panneau solaire, mais aussi celles d’autres éléments de l’installation comme l’onduleur. En France, pour des centrales avec injection sur le réseau public, les émissions sur le cycle de vie de ces centrales sont de l’ordre d’environ 30 grammes de CO² eq/kWh selon les études les plus récentes, soit à peu prés 25 fois moins que les centrales qui fonctionnent au pétrole (de l’ordre de 800 grammes de CO² eq/kWh).

Ces émissions sont principalement dues au mode de fabrication, et plus particulièrement à la phase de raffinement du silicium, qui est chauffé à une température de 1500°C durant 36h. Le bilan carbone des installations photovoltaïques est en voie d’amélioration grâce à la proportion de plus en plus importante des énergies renouvelables pour alimenter ces usines.

Que retenir du recyclage des panneaux solaires

Les panneaux solaires peuvent-ils être recyclés ? La réponse courte est oui. Les modules solaires en silicium sont principalement composés de verre, de plastique et d’aluminium : trois matériaux qui sont recyclés en grande quantité. Lorsque les panneaux solaires arrivent en fin de vie, ils sont confrontés à plusieurs destins possibles. En vertu de la législation de l’Union européenne, les fabricants sont tenus de veiller à ce que leurs panneaux solaires soient recyclés correctement.

Pour un secteur qui s’enorgueillit de sa durabilité, il faut mettre l’accent sur le recyclage à la fin de la durée de vie de l’installation photovoltaïque afin d’éviter que les décharges ne débordent de panneaux. Dans l’état actuel des choses, le recyclage des panneaux solaires n’est pas un énorme problème en France car une grande majorité des installations ont eu lieu au cours des dix dernières années. Néanmoins, le besoin du marché en recyclage ne fera qu’augmenter avec le temps. En fait, une étude réalisée en 2016 par l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) estime que les matériaux recyclables des anciens modules solaires représenteront 15 milliards de dollars d’actifs récupérables d’ici 2050.

Sébastien

Évoluant dans le secteur de l’énergie solaire depuis une vingtaine d’année, je suis le fondateur de Solaire-France.com. En tant qu’experts des installations photovoltaïques, nous vous aidons à acquérir les connaissances nécessaires pour déjouer les pièges des éco-délinquants. De plus, nous vous fournissons gratuitement et rapidement des devis des meilleurs installateurs photovoltaïques près de chez vous. Profitez-en !