Remplacer les énergies fossiles par les énergies renouvelables et en particulier l’énergie solaire photovoltaïque va permettre de réduire les GES (gaz à effet de serre). La construction de centrales solaires pour la production d’électricité est donc indispensable à la stratégie de transition écologique, mais ouvre la question de l’approvisionnement en matières premières.

Parmi les matières premières, il y a nécessité de distinguer les matériaux de base (béton, acier, verre) des matériaux dits critiques [1] (silicium, cuivre, argent…) nécessaires à la construction d’une installation solaire.

Pour les premiers, il n’y a pas de risque de sécurité d’approvisionnement mais plutôt un enjeu de réduire leur utilisation pour préserver l’environnement (lutte contre l’artificialisation des sols, empreinte carbone du béton). En revanche la consommation des matériaux critiques est amenée à augmenter significativement : l’Agence Internationale de l’Energie estime qu’il faudrait multiplier par quatre la consommation des minéraux pour déployer les technologies bas-carbone d’ici 2040, pour respecter une trajectoire en ligne avec les Accords de Paris[2].

La production d’énergie solaire nécessite donc des matériaux de base et des matériaux critiques. L’acier, le verre et l’aluminium représentant un risque faible, du fait de la facilité de recyclage et de la diversité des sources d’approvisionnement. Notre article se concentre sur l’évaluation de la dépendance pour le béton, le cuivre et le silicium.

Besoins matières moyens pour une centrale photovoltaïque au sol de 10 MW en tonnes.
Source : ADEME, Feuilleton 2050, Les matériaux pour la transition énergétique, un sujet critique, IFP Energies Nouvelles

Le béton est un mélange de ciment, de granulats, d’eau et d’adjuvants. Le béton est aujourd’hui le matériau de construction le plus utilisé au monde.

La consommation de béton est assez variable selon les typologies de centrales solaires et tend à diminuer, comme le révèle une étude de l’IFP Energies Nouvelles [3], qui montre que la consommation de béton pour le solaire photovoltaïque est en moyenne proche de 10 kg/kW.

La consommation de béton due à l’industrie solaire restera négligeable par rapport à la consommation nationale de béton. En France, elle s’élève actuellement à environ 130 Mt/an. A l’horizon 2050, si l’on s’appuie sur l’objectif de 100 GW de solaire annoncé par le président Macron[4], la consommation de béton pour le solaire pourrait être de 1 Mt, autrement dit moins de 1% de la consommation totale française.

Le cuivre entre également dans les ressources nécessaires à la production d’électricité solaire et au déploiement de réseaux électriques. Il est probablement le matériau le plus critique pour la sécurité d’approvisionnement du solaire.

D’après l’ADEME, les consommations de cuivre pour les technologies bas-carbone nécessaires à la transition énergétique représentent 20 à 40% de la consommation française. A l’échelle mondiale, l’AIE prévoit une augmentation de la consommation de 20 à près de 25 Mt/an dans le monde. Or plusieurs risques pèsent sur l’approvisionnement :

• La concentration géographique : 60% de la production mondiale est concentrée sur quatre pays (la Chine, le Chili, le Japon et la République Démocratique du Congo),
• Le décalage entre la demande et la mise en production : la demande augmente fortement actuellement alors qu’il faut 16 ans pour mettre en service une nouvelle mine de cuivre,
• Les conditions de travail : un rapport du Payne Institut[5] indique avoir identifié 255 000 mines artisanales dont une part significative recourt au travail des enfants.

Le cuivre constitue donc un matériau à risque élevé pour la sécurité d’approvisionnement, mais également un risque social non négligeable.

Contrairement aux idées reçues, les cellules photovoltaïques ne consomment aucune terre rare. En effet le marché du photovoltaïque dépend à 85% de technologies à base de silicium, présent en abondance dans la croute terrestre. Cependant l’Europe et la France ont décidé de le classer parmi les matériaux critiques du fait des perturbations croissantes sur son approvisionnement et le fait qu’il soit utilisé dans de nombreux secteurs stratégiques (automobile, aéronautique…).

Tout comme le cuivre, la concentration de production est forte (la Chine maitrise les deux tiers de la capacité de production[6]) et la chaine d’approvisionnement est à risque : en 2021 dans un contexte COVID le prix de la tonne de silicium a triplé, passant de 2 000 à près de 9 000 euros la tonne[7].

Pour réduire cette dépendance aux matériaux importés ou critiques, il est nécessaire de sécuriser les chaînes d’approvisionnement des métaux stratégiques mais aussi de maîtriser à terme les filières technologiques associées et d’optimiser leur consommation.

En France, il semble indispensable d’encourager fortement le recyclage des éléments constitutifs de la centrale d’une part et d’augmenter la durée de vie des actifs d’autre part.

L’enjeu de recyclage est adressé en France par l’Eco organisme Soren (ex-PV Cycle) dédié à la collecte et au recyclage de panneaux photovoltaïques. Dans le cadre de la règlementation européenne D3E, tous les modules produits ou importés sur le territoire français font l’objet du paiement d’une « eco-taxe » au moment du développement de la centrale solaire, visant à payer la collecte et le recyclage des modules. Ainsi Soren a collecté 5 000 tonnes de panneaux solaires en 2019.

La stratégie française passe aussi par l’innovation et la construction sur le sol français d’usines de production de silicium par le recyclage. Ainsi la start-up ROSI Solar à la Mure en Isère a développé un procédé physico-chimique capable de récupérer le silicium, le cuivre et l’argent contenus dans les panneaux solaires[8].

Recycler le silicium et le cuivre, c’est par ailleurs réduire l’empreinte carbone du solaire, car la production de silicium est fortement consommatrice d’énergie.

De manière générale, un panneau solaire est recyclable à 94,7% (le verre, l’aluminium sont notamment recyclables à l’infini). Soren précise que « 94,7% est un chiffre exceptionnel en matière de recyclage, surtout sur un produit multi-composants. Seules les canettes de soda peuvent prétendre faire mieux, tout en n’arrivant pas à 100% non plus. »

Plus un panneau solaire est utilisé dans le temps, plus son impact est faible.

« La plupart des panneaux solaires ont une garantie de performance de 25 à 30 ans minimum. Mais ils ont encore, après 25 ans d’utilisation, une performance significative : plus de 80% par rapport à leur performance initiale »

Jean-Christophe Urbani, Directeur Technique International, CVE Group

Le département à l’énergie américain étudie la possibilité de simultanément augmenter rapidement la durée de vie des modules et de réduire l’impact environnemental de ceux-ci [9].

Le principe de l’éco-conception est un moyen d’action important sur la réduction de l’impact du solaire. Situé très en amont de la chaîne de valeur,il permet de d’agir sur trois leviers importants : la réduction des matières premières, la réparation et le recyclage (les « 3 R »).

« CVE a mis en place début 2022 une charte d’achat éco-responsable. Celle-ci vient réaffirmer la stratégie de CVE, qui consiste à bâtir un design technique et un environnement de fournisseurs propres à minimiser les impacts environnementaux et sociaux du projet, avec un point d’attention fort sur les modules et leur recyclabilité ». Benoît Rémy – Directeur des Achats CVE Group

Quelques règles permettent ainsi d’atteindre des taux de recyclage proches de 100% (identification et étiquetage des composants, la réduction de l’encapsulant, le choix des métaux, la limitation du nombre de matériaux utilisés, etc…).

La production et la consommation d’électricité sont amenées à augmenter significativement dans les prochaines années. Afin de renforcer l’impact positif de nos activités de développement de l’énergie solaire, en France et à l’international, CVE s’est doté depuis 2022 d’une charte « Achats Responsables », qui englobe le cycle de vie de nos centrales.

1. Les matériaux dit critiques tels que répertoriées par la Commission Européenne correspondent à des matières premières dont l’approvisionnement peut être sujet à des aléas, dont la production peut être concentrée dans quelques pays avec une demande croissante. Source
2.  Source
3. Les renouvelables vont-elles créer une nouvelle dépendance au béton ? Emmanuel Hache, Clément Bonnet, Gondia Sokhna Seck et Marine Simoën.
4. Source
5. The material foundations of a low-carbon economy, Jordy Lee, Morgan Brazilian et Sara Hastings-Simon
6. Il y a 3 principales sources d’extraction du silicium : sous forme de quartz (mines) mais il aussi est contenu dans des sables désertiques à base de Silice, ainsi que dans certains végétaux (ex : diatomée). Rapport Analyse de la vulnérabilité d’approvisionnement en matières premières des entreprises françaises, Mars 2019
7. Source
8. Source
9. Source