Accès rapides en un clic :
- Quelques informations en bref sur le recyclage des panneaux photovoltaïques
- Composition d'un panneau photovoltaïque : quels sont les matériaux utilisés ?
- Recyclage des panneaux photovoltaïques à couches minces
- La filière de recyclage en Europe et en France
- Organisation de la collecte des panneaux photovoltaïques en France
- Le processus de traitement et recyclage en France
- Quelles valorisations pour les matières premières récupérées ?
- Optimiser les processus de recyclage et la valorisation, se préparer à l'avenir
- Le recyclage des panneaux photovoltaïques et la valorisation des matériaux : bilan
L’énergie solaire connait un essor spectaculaire. Or si la durée de vie d’un module est de 30 à 40 ans, l’ensemble des installations photovoltaïques deviendra alors autant de déchets à traiter à l’avenir. L’énergie solaire est renouvelable et l’électricité produite pendant la durée de fonctionnement d’un système photovoltaïque est verte, néanmoins, in fine, le devenir des équipements en fin de vie pose un problème environnemental.
Les installations photovoltaïques ont commencé à réellement se développer après 2010, aussi, à l’heure actuelle les déchets photovoltaïques proviennent encore principalement des défauts de fabrication, des dysfonctionnements ou de la casse (lors du transport et de l’installation).
Les panneaux photovoltaïques installés dans les années 1990 vont quant à eux progressivement arriver en fin de vie, une première vague de recyclage d’envergure s’amorce… La capacité de recyclage et de revalorisation des composants est ainsi vite devenue un enjeu majeur pour l’environnement.
En France, toute une filière s’est déjà organisée et est opérationnelle pour assurer le traitement et la valorisation des panneaux devenus inexploitables. Le défi à relever face à l’accélération du déploiement du solaire photovoltaïque sera de développer des moyens d’envergure et des process performants pour répondre aux besoins de traitement en devenir. Faisons le point…
1. Quelques informations en bref sur le recyclage des panneaux photovoltaïques
♦ En France, la filière de collecte, de recyclage et de revalorisation des matériaux est organisée par l’éco-organisme Soren, agrée par les pouvoirs publics.
♦ Les panneaux photovoltaïques sont assimilés à des Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques (DEEE), leur collecte et leur traitement sont une obligation légale.
♦ Aujourd’hui, en France, plus de 94 % des matériaux d’un module photovoltaïque sont recyclés et valorisés.
♦ La première ligne de traitement européenne entièrement dédiée au photovoltaïque a été inaugurée en France en 2018.
♦ Depuis, les opérateurs partenaires sélectionnés se succèdent mais leur mission reste immuable. Dans une logique méliorative, les efforts de recherche et de développement sont menés afin de proposer les meilleures techniques disponibles et les plus innovantes. L’objectif mis en exergue consiste désormais à améliorer les process de recyclage afin de minimiser l’empreinte environnementale tout en répondant aux normes les plus exigeantes.
♦ L’enjeu du recyclage des panneaux solaires est crucial, la conception des unités de traitement doit être adaptée afin de perfectionner le niveau de performance et d’optimiser la valorisation. Le défi sera d’être en mesure et en capacité de traiter les volumes massifs à venir.
✦ Quelques chiffres…
❖ En France, la puissance solaire photovoltaïque installée était estimée à environ 800 MW en 2010, en 2015 elle atteignait presque 5800 MW. En 2022, la puissance installée a atteint 15 GW (15 000 MW).
❖ En 2021, plus de 4300 tonnes de panneaux photovoltaïques ont été recyclés. D’après le directeur de Soren, d’ici 2030 ce volume annuel devrait être multiplié par 10.
❖ Les volumes à traiter seront exponentiels au fil du temps, néanmoins il ne faut pas omettre que la durée de vie d’un module photovoltaïque est de 30 à 40 ans.
2. Composition d'un panneau photovoltaïque cristallin : quels sont les matériaux utilisés ?
✦ Un ensemble de strates
❖ Pour mémoire, un panneau, aussi appelé module, est composé de diverses strates superposées, tel un millefeuille. Les cellules de silicium cristallin et leurs connectiques (généralement en argent), sont prises en sandwich entre deux films d’EVA (polymères thermoplastiques). L’encapsulant EVA permet, après avoir été chauffé et liquéfié, d’isoler et de protéger les cellules de l’environnement extérieur et des aléas climatiques. Pour conférer résistance, solidité, rigidité et protection, les cellules et films EVA sont disposés entre une plaque de verre trempé en face avant et une feuille de fond en Tedlar (membrane isolante en polymère) en face arrière.
❖ Le processus de laminage permet l’assemblage des diverses couches de matériaux. Par mise sous vide puis mise sous pression atmosphérique, l’air est pompé et expulsé. Sous l’effet d’une montée en température, les films d’EVA se liquéfient et enrobent (encapsulent) les cellules ainsi isolées et protégées. L’EVA adhère uniformément aux diverses couches qui deviennent solidaires, comme soudées les unes aux autres pour former un seul corps compact.
❖ L’ensemble de la structure est enserré dans un cadre en aluminium pour le maintien et la rigidité. La ou les boîte(s) de jonction et les câbles en face arrière permettent le raccordement électrique.
➥ Voir article dédié Composition et assemblage d’un panneau photovoltaïque
✦ Composition
❖ Un module solaire cristallin est ainsi composé de *:
– verre (70 à 75 %)
– aluminium (10 à 12 %)
– polymères (plastiques) (8 à 10%)
– silicium (4 à 5 %)
– cuivre, cuivre étamé
– argent
* les matériaux sont classés selon le pourcentage de la masse totale (ordre décroissant). Valeurs moyennes.
❖ Il s’agit de compositions moyennes, ces données sont à prendre avec précaution, il est très difficile d’estimer de manière précise les divers pourcentages puisque tout dépend du module, de son fabricant, de son type, de ses technologies…
3. Recyclage des panneaux photovoltaïques à couches minces.
♦ Certaines technologies dites à couches minces peuvent être utilisées pour des installations photovoltaïques. Les cellules en couches minces sont composées de fines pellicules de matériaux semi-conducteurs, déposées sur un substrat souple ou rigide (plastique, verre, acier…), l’épaisseur n’excède pas plus de quelques microns.
♦ A ces technologies correspondent des composants spécifiques. On distingue notamment les cellules en couches minces de silicium amorphe hydrogéné, de tellurure de cadmium (CdTe) et de cuivre Indium gallium et sélénium (CIS ou CIGS).
♦ Rappelons que la technologie basée sur l’utilisation de silicium cristallin représente 95 % du marché mondial et est donc celle dont les producteurs bénéficient usuellement sur leurs bâtiments. Les modules en couches minces restent généralement utilisés pour des installations photovoltaïques spécifiques (bateaux, camping-cars…) ou de grande envergure (certains parcs solaires dépendent de la technologie CdTe).
♦ A chaque technologie couche mince correspond un processus et un recyclage spécifiques. En raison de son usage minoritaire et des divers processus de traitement, nous n’aborderons pas le recyclage en détails. Il est toutefois à noter qu’un traitement chimique est nécessaire pour séparer les matériaux semi-conducteurs en infime présence, du reste des composants. C’est le dépôt des semi-conducteurs en fine pellicules qui complexifie la tâche de séparation des matériaux, la majeure partie recyclée concerne par conséquent le support et la surface de protection (verre, plastique, acier). L’utilisation de terres rares pour certaines technologies implique une prise en considération d’autant plus grande.
♦ Le recyclage est généralement pris en charge et assuré par le fabricant, First Solar notamment pour les cellules à CdTe (selon le fabricant le taux de recyclage atteint 90%). Les recherches se poursuivent pour toujours optimiser le taux de valorisation mais aussi pour limiter les besoins énergétiques, chimiques et autres que le traitement implique.
➥ Voir l’article dédié aux diverses technologies : Le solaire photovoltaïque : perspectives d’améliorations, innovations et technologies d’avenir
4. La filière du recyclage en Europe et en France
✦ En Europe
❖ En Europe, dès 2007, l’association PV Cycle met en place des points de collecte de modules photovoltaïques usagés. Fondée à Bruxelles, l’éco-organisme PV Cycle est une association européenne à but non lucratif, elle regroupe les principaux acteurs de la filière photovoltaïque en Europe (fabricants, importateurs…). Les sociétés et entreprises membres se sont engagées à instaurer et prendre en charge un programme volontaire de collecte et de recyclage des modules en fin de vie.
❖ L’objectif de PV Cycle est de récupérer au moins 85% des modules photovoltaïques mis sur le marché en Europe depuis 1990 et atteindre un taux de recyclage minimum de 85%. Ainsi, c’est toute une filière de collecte et de traitement des modules photovoltaïques qui se développe en Europe. Anticiper la problématique du devenir des équipements usagés et les besoins futurs de recyclage d’envergure constituent un challenge dont l’ampleur a été considérée et prise en compte précocement.
❖ Cette prise de conscience, suivie de l’application du programme élaboré par PV Cycle, permet la collecte et le recyclage de milliers de tonnes de modules photovoltaïques. Selon le rapport annuel publié par PV Cycle en novembre 2021, plus de 45.000 tonnes de modules ont été collectés et recyclés en Europe depuis 2010 (début opérationnel du recyclage), et presque 8000 tonnes pour l’année 2020.
✦ En France
❖ Depuis le décret du 19 août 2014 (transposition de la directive européenne 2012/19/UE au droit français), les modules photovoltaïques sont assimilés à des Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques (DEEE). Soumis désormais à la réglementation DEEE, leur collecte et leur traitement en tant qu’équipements usagés sont devenus une exigence légale imposée aux fabricants, importateurs et distributeurs. Ainsi, dans le cadre de la Responsabilité Elargie du Producteur (REP), tous les metteurs sur le marché sont responsables du devenir des modules photovoltaïques.
❖ Les opérations de collecte et de traitement sont financées grâce à l’éco-participation versée pour chaque module produit ou importé et vendu en France. Le montant de cette contribution est modulé selon la technologie du module photovoltaïque et en fonction de son poids. Le montant est calculé selon l’actuel coût de recyclage, il est ainsi réajusté chaque année.
❖ Acheteurs et consommateurs doivent être informés sur la règle de tri, la collecte et le traitement de leur équipement. L’affichage permet par ailleurs de garantir la conformité avec la règlementation DEEE. L’éco-participation étant versée à PV Cycle, le service de collecte est par conséquent sans frais pour le détenteur de modules solaires photovoltaïques usagés.
❖ En 2014, PV CYCLE France devient la déclinaison de PV CYCLE sur le territoire français. L’éco-organisme à but non lucratif est désormais agréé par l’Etat pour assurer la collecte, le tri et le recyclage des modules photovoltaïques usagés. EDF ENR, EDF ENR PWT (ex Photowatt), Urbasolar, Sillia Energie, le Syndicat des Energies Renouvelables et l’association PV CYCLE en sont les membres fondateurs. PV CYCLE France assure et coordonne désormais la gestion de l’ensemble du système de collecte et de recyclage en France, et s’assure de la conformité à la directive DEEE.
❖ En 2021, l’éco-organisme comptait ^près de 230 points de collecte en France.
❖ Les modules collectés, quels que soient leur marque et leur technologie, sont ensuite acheminés vers les centres permettant leur traitement.
➛ Les modules selon la technologie à couche mince CdTe sont généralement redirigées vers les sites de traitement adaptés en Allemagne dont le fabricant First Solar assure le recyclage.
➛ Jusqu’en 2018 la France ne disposait d’aucune unité de recyclage dédiée au photovoltaïque, les modules cristallins étaient essentiellement dirigés vers la Belgique. Leur traitement reposait alors sur le procédé de Maltha (entreprise de recyclage du verre). Si le taux de valorisation des matériaux s’élevait à près de 80%, outre le cadre en aluminium et les connectiques récupérés, c’était le verre, constituant principal, qui était réellement recyclé. Principal inconvénient, ce procédé ne permettait pas le recyclage et la valorisation des composants des cellules mêmes (silicium et métaux stratégiques). Les composants étaient globalement et effectivement recyclés, néanmoins le calcin de verre obtenu demeurait très impur et la valorisation économique des matières premières n’était pas efficiente. Les broyats des modules photovoltaïques étaient notamment utilisés comme éléments de sous-couches routières.
❖ La structure laminée (en plusieurs couches) d’un module rend complexe la séparation et le traitement des matériaux. Une usine dédiée est donc devenue nécessaire… Ainsi après quatre années de recherches, le groupe Veolia a permis de développer une unité de recyclage spécifique permettant une valorisation plus efficiente des matériaux.
❖ Le principe du recyclage en France était désormais de valoriser au mieux les matériaux issus de modules photovoltaïques de type silicium cristallin (environ 90 % du marché français).
✥ Un projet sans précédent
⤷ Lauréate de l’appel d’offre lancé par PV Cycle, la filiale Triade Electronique de Veolia s’est vue confier en mars 2017 le traitement et la valorisation des modules photovoltaïques cristallins en fin de vie. Le contrat pour quatre ans prévoyait la mise en place d’une unité de traitement adaptée à cette mission spécifique. La société Triade Electronique est spécialisée dans le traitement des équipements électriques et électroniques (DEEE), le projet issu de la collaboration avec l’éco-organisme était sans précédent.
⤷ En juillet 2018, Triade Electronique a ainsi intégré et ouvert sur son site de recyclage des DEEE du Rousset (près d’Aix-en-Provence), la toute première ligne industrielle intégralement dédiée au traitement des modules solaires cristallins usagers. Une première en France… mais aussi en Europe !
⤷ Triade Electronique, a développé un process unique, la ligne de traitement était dotée d’une technologie avancée et innovante. En effet, jusqu’à présent les procédés les plus aboutis et utilisés dans le monde exigeaient un traitement thermique et/ou chimique, ou un traitement par broyage ne permettant pas la valorisation des divers composants. Or, l’outil industriel mis au point par le groupe Veolia permettait cette fois de séparer et trier tous les matériaux en différentes fractions, par une série d’opérations mécaniques.
⤷ Tout du long de l’outil-chaîne, les matériaux étaient traités, triés puis « recrachés » dans de grands sacs en fibres.
✥ Taux de valorisation
⤷ Grâce à la filière organisée par PV Cycle FRANCE, rebaptisée Soren en juillet 2021, au total, plus de 94 % des composants d’un module sont désormais valorisés (taux moyen pour un module à base de silicium avec un cadre en aluminium). Ce taux de valorisation en France dépasse l’objectif réglementaire fixé par l’Union européenne de valorisation globale de 85 % minimum (pour un taux minimum de préparation et de recyclage de 80%)
➥ Directive 2012/19/UE :
https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/?uri=CELEX%3A32012L0019
https://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2012:197:0038:0071:EN:PDF
⤷ En France, par l’Arrêté du 27 octobre 2021 les objectifs de valorisation de DEEE collectés, applicables à compter de l’année 2024, ont été portés à 87% pour les modules photovoltaïques (catégorie 7). Les objectifs de recyclage et de préparation en vue de la réutilisation ont quant à eux été portés à 82 %.
➥ https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000044273082/
5. Organisation de la collecte des panneaux photovoltaïques en France :
❖ Parallèlement, Soren ne cesse de multiplier ses points de collecte pour permettre l’acheminement des modules solaires vers les unités de traitement spécialisées, l’essentiel des modules est désormais traité en France grâce aux opérateurs en partenariat avec l’éco-organisme. Soren annonce avoir collecté plus de 18 000 tonnes de modules photovoltaïques entre 2015 et 2021 et plus de 3300 tonnes en 2021. Pour rappel, plus de 4300 tonnes de panneaux photovoltaïques ont été recyclés en France en 2021.
❖ Soren organise donc la collecte des modules photovoltaïques en fin de vie ou devenus hors d’usage. La collecte est sans frais pour tout détenteur partout en métropole ou en outre-mer, elle est financée par l’éco-participation. La reprise s’effectue indépendamment de la marque ou de la technologie du module.
❖ Selon la quantité, les modules peuvent être déposés dans le point de collecte le plus proche (- de 40 panneaux), ou enlevés sur site (+ de 40 panneaux). Pour tout enlèvement sur site un RDV est programmé, les informations sont à renseigner sur le site Soren.
➥ https://www.soren.eco/point-apport-panneaux-solaires-photovoltaiques/
➥ https://www.soren.eco/enlevement-collecte-panneaux-solaires-photovoltaiques/
❖ Le détenteur doit s’assurer du respect des modalités de reprise. Si les conditions sont conformes, la reprise ne peut en aucun cas faire l’objet d’une facturation. Notons néanmoins que la dépose et le conditionnement restent à la charge du détenteur.
➥ Soren Conditions de reprises
❖ Il existe plus de 230 points de collecte, points d’apport volontaire, gérés par Soren. Soren affine constamment le maillage de ses points de collecte.
❖ Chaque point d’apport volontaire regroupe les modules usagés, ils sont ensuite acheminés vers les centres de traitement adaptés.
❖ Si un producteur particulier ou professionnel souhaite remplacer son système photovoltaïque, l’installateur de la nouvelle centrale ou le distributeur a l’obligation légale de récupérer les modules usagés et de les acheminer vers un point de collecte.
6. Le processus de traitement et recyclage en France
✦ La première ligne de traitement en France à Rousset (2018-2021)
❖ La très grande majorité des composants d’un module photovoltaïque est recyclable mais la difficulté réside dans le désassemblage et le tri de ces composants.
❖ L’unité et le traitement ad hoc développés par Veolia pour le recyclage et la valorisation des modules solaires cristallins a marqué une évolution fondamentale dans la filière du recyclage. Le procédé de dissociation des divers matériaux reposait sur de multiples étapes successives :
➛ les boîtiers de connectiques (boîtes de jonction) et câbles électriques situés à l’arrière du module étaient récupérés, tandis que le cadre en aluminium était ôté grâce à une machine à décadrer.
➛ le bras motorisé d’un robot armé de ventouses disposait ensuite le laminé photovoltaïque sur la chaine de recyclage pour y être cisaillé et débité en petites tablettes. En 1 minute 30, les matériaux se retrouvaient dans divers sacs de matières recyclées. Broyeurs multiples, tapis vibreurs, cribleurs, tamis, séparateur à courant de Foucault (extraction des métaux non ferreux), tri optique permettaient tour à tour de séparer les matériaux qui étaient recrachés tout au long du parcours sous forme de verre brisé, miettes de métaux (notamment le cuivre, et le cuivre étamé), silicium en poudre, paillettes de plastique (polymères Tedlar et EVA) … Les différentes fractions de matières étaient ainsi séparées et triées.
❖ Grâce à cette première ligne de traitement innovante et la technologie utilisée, le taux de recyclage des matériaux extraits a pu atteindre presque 95% (94,7%).
❖ Selon Veolia, 1 800 tonnes de matériaux ont été traités dès la première année de fonctionnement en 2018. Les modules solaires étaient pour la première fois recyclés dans l’Hexagone ! Cette première usine disposait d’une capacité de traitement pouvant atteindre 4000 tonnes/an.
❖ Le procédé a inspiré les projets suivants, désormais le tri et la valorisation des matériaux devaient devenir une priorité et un enjeu majeur.
➥ Voir vidéo Veolia: Veolia |Rousset, une 1 ère dans le recyclage des panneaux photovoltaïques : https://youtu.be/KvqNcwk9R9M / https://www.youtube.com/watch?v=QezOaXdwxw4&t=52s
✦ Les opérateurs et acteurs depuis 2021
❖ En juillet 2021, l’éco-organisme Soren a sélectionné trois nouveaux opérateurs lauréats des appels d’offres pour le traitement et le recyclage des déchets photovoltaïques. Galloo, Envie 2E Midi Pyrénées et Envie 2E Aquitaine sont donc impliqués dans la filière de recyclage pour les années à venir.
➛ Galloo, spécialiste du recyclage de métaux ferreux et non ferreux a implanté à Halluin, dans le nord de la France, une unité de traitement des déchets plastiques issus de l’industrie automobile, de l’électroménager et de l’électronique. Depuis le partenariat avec Soren, les panneaux photovoltaïques y sont également recyclés et les matériaux revalorisés.
➛ Envie est un réseau d’entreprises d’insertion professionnelle dont les activités visent à favoriser l’économie circulaire en collectant, réparant et en recyclant. Leur expertise est reconnue pour la réutilisation et la valorisation des déchets des équipements électriques et électroniques.
Le site Envie 2E Midi-Pyrénées à Portet-sur-Garonne, aux portes de Toulouse, dédié au démantèlement et le tri des Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques (DEEE) contribue ainsi au recyclage des panneaux photovoltaïques.
Envie 2E Aquitaine (Emploi et Environnement) travaille en partenariat avec ROSI afin d’élaborer les solutions les plus abouties en matière de recyclage des matières premières à haute valeur ajoutée et selon des procédés innovants à faible impact environnemental.
➛ ROSI, acronyme de Return Of Silicon, est une entreprise française grenobloise qui a mis au point des technologies permettant de nettoyer et récupérer les fines particules de silicium issu des déchets de découpe des lingots de silicium (pour obtenir les plaquettes de silicium appelés wafers).
ROSI propose également une solution industrielle permettant de séparer efficacement les divers matériaux présents dans le laminé photovoltaïque. Les technologies mises au point permettent de récupérer du silicium de haute pureté, ainsi que l’argent et le cuivre des fils servant à collecter le courant électrique produit par chaque cellule. Les procédés développés permettent l’obtention de matériaux recyclés à haute valeur ajoutée en raison de leur grande pureté et haute qualité.
Selon ROSI, ces nouveaux procédés basés sur des phénomènes physiques, thermiques, et de chimie douce permettent d’avoir un faible impact environnemental, et un coût de mise en œuvre maitrisé. ROSI prévoit d’ouvrir une usine à La Mure (en Isère, non loin de Grenoble) en 2023. Dans le cadre de leur partenariat, Envie 2E Aquitaine est en charge du prétraitement des modules photovoltaïques, qu’il s’agisse du décadrage ou la séparation du verre du laminé.
✦ Le site de traitement à Saint-Loubès inauguré en septembre 2022
❖ Le 27 septembre, Soren et Envie 2E Aquitaine ont ainsi inauguré à Saint-Loubès près de Bordeaux, un site de traitement et réemploi des modules photovoltaïques. Il s’agit d’une unité novatrice puisqu’elle dispose à la fois d’une ligne dédiée au recyclage selon un procédé de délamination par lame chaude et d’une ligne de réemploi et de réutilisation des modules usagés.
❖ Le choix de la localisation du site n’est pas anodin puisque la région Nouvelle-Aquitaine se positionne au premier rang pour sa production solaire photovoltaïque sur le territoire français. Selon l’Observatoire Energie, en 2022, la Nouvelle Aquitaine constitue plus d’un quart de la puissance du parc solaire national et a atteint 3 837 GWh en 2021. Ainsi, les panneaux photovoltaïques collectés sur la région et tout l’arc atlantique représenteront une large proportion des volumes recyclés sur le site de Saint-Loubès.
❖ L’unité est vouée à traiter 4 000 tonnes de panneaux par an, et 6000 tonnes annuelles à terme, avec l’ouverture d’une seconde ligne de recyclage.
➥ Crédit photo Soren médiathèque
✥ Les modules destinés au réemploi :
⤷ Environ 5% des modules collectés sont encore suffisamment performants pour être remis en service. Tous les panneaux intacts sont testés et contrôlés afin de vérifier leur bon fonctionnement et toute éventuelle défectuosité, ils sont également flashés afin de déterminer leur puissance effective.
⤷ Si les tests sont concluants et démontrent qu’une remise en service est pertinente pour une seconde vie, les panneaux seront remis sur le marché en appliquant une décote.
⤷ Malgré un rendement moindre, ces modules d’occasion pourront être destinés à des équipements urbains, ou permettre de fournir de l’électricité « mobile » à des véhicules de loisir par exemple… La possibilité pour les particuliers de s’équiper à moindre coût ou de remplacer des panneaux défectueux constitue un débouché qui ne peut être négligé.
✥ Les modules destinés au recyclage :
⤷ Les modules défectueux, abimés, cassés ou ne pouvant être réemployés sont triés afin d’être recyclés, ce qui représente approximativement 95 % des modules collectés et reçus sur le site.
⤷ Les modules sont décadrés afin d’ôter le châssis en aluminium, et débarrassés de leur câbles et boitiers de jonctions en face arrière. Deux circuits distincts permettent leur traitement selon leur état et leur intégrité :
⬗ Les modules trop endommagés et cassés, soit environ un tiers des volumes qui transitent sur le site, sont ensuite acheminés vers l’unité de traitement gérée par le partenaire Galloo dans le nord de la France où ils sont recyclés selon un procédé de broyage par voie sèche. Les matériaux triés et récupérés sont alors dirigés vers les filières appropriées pour y être valorisés.
⬗ Deux tiers des modules arrivent intacts, c’est le réseau Envie 2E qui gère alors leur traitement. Ceux qui ne sont pas réemployables sont dirigés vers la ligne de traitement installée sur le site même. La technologie employée, la délamination par lame chaude, est quant à elle inédite en termes de recyclage ! En effet, au lieu de procéder par broyage des matériaux, la technique de délamination consiste à utiliser une lame chauffée à 300 degrés afin de séparer la plaque de verre trempé des autres constituants du laminé (assemblage des diverses couches de matériaux).
✥ La délamination, un procédé inédit en 2022 :
⤷ La technologie par délamination, développée et élaborée au Japon, permet ainsi de récupérer le verre sans le briser et d’isoler les cellules encapsulées dans l’EVA et protégée par la feuille de fond en polymère. Notons que la machine importée du Japon, est la première au monde à être opérationnelle et fonctionnelle. L’unité de Saint-Loubès constitue en 2022 une réelle innovation !
⤷ L’absence de broyage est en effet avant-gardiste puisqu’elle évite de polluer les matières entre elles, cette avancée cruciale facilite ensuite le traitement des différents matériaux, et permet de conserver des fractions extraites de très grande qualité et haute pureté.
⤷ Le verre plat est intact, les verriers partenaires seront en mesures d’en retirer l’EVA résiduel. La qualité du verre recyclé est ainsi incomparable.
⤷ Le reste des constituants du laminé sera dirigé vers l’unité de recyclage élaborée et gérée par ROSI, elle devrait être opérationnelle prochainement. Les laminés seront traités par pyrolyse puis chimie douce afin de séparer les divers matériaux et de récupérer le silicium, l’argent et le cuivre.
➥ Crédit photo Soren médiathèque
✥ Valorisation des matières premières
⤷ L’ensemble du procédé permettra d’atteindre un taux de recyclage et de valorisation estimé à 95 %. Si valoriser environ 95 % des matériaux utilisés dans la fabrication d’un module photovoltaïque n’est plus une nouveauté en France, l’avancée réside dans la qualité et la très grande pureté des fractions extraites.
⤷ Le précieux… Outre le verre solaire, le cuivre, et le silicium ultra pur valorisés, le recyclage et la valorisation de l’argent présent dans les fils conducteurs constituent un intérêt économique majeur. L’argent représente moins de 0,1% de la masse du panneau, toutefois, cette quantité presque insignifiante correspond à environ 20% de la valeur des matériaux composants un module. Notons que l’argent est considéré comme une matière première critique, ce qui signifie que son approvisionnement pourrait devenir problématique et avoir un impact industriel et économique négatif. Alors que son abondance est de plus en plus limitée, il s’agit pourtant d’un matériau précieux dont les besoins vont être croissants dans le cadre de la transition énergétique.
⤷ Plus le recyclage et la valorisation seront performants et optimisés, plus les matériaux recyclés pourront assurer une grande part des besoins de la filière.
⤷ Le recyclage à haute valeur ajoutée est d’autant plus pertinent qu’il doit être considéré comme une source d’approvisionnement en matières premières. Economiser les matières premières grâce à leur réemploi permet, de facto, permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
➥ Vidéo Soren sur la délamination : https://www.youtube.com/watch?v=dd03HNAkAcQ
7. Quelles valorisations pour les matières premières récupérées ?
♦ Selon les données fournies par Soren, la répartition des différentes fractions recyclées composant un module solaire photovoltaïque à base de silicium cristallin avec un cadre en aluminium est la suivante :
‣ fraction verre : 67% de la composition moyenne
‣ fraction aluminium : 12 % de la composition moyenne.
‣ fraction composite (plastiques): 9 % de la composition moyenne
‣ fraction silicium : 4 % de la composition moyenne
‣ fraction cuivre étamé : 1 % de la composition moyenne
‣ fraction cuivre : 1 % de la composition moyenne
‣ fraction argent : 0,08 % de la composition moyenne
➥ https://www.soren.eco/re-traitement-panneaux-solaires-photovoltaiques/
➥ Graphique Acsolue Energie
♦ Les matériaux dissociés et triés sont dirigés vers les diverses filières respectives de recyclage pour y être valorisés.
✦ Valorisation selon les matériaux
➱ Les câbles et connectiques
⬗ Les câbles et boîtiers électriques sont récupérés et réorientés vers d’autres lignes de traitement des DEEE (Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques) afin d’en valoriser les métaux qui les composent (cuivre, cuivre étamé).
➱ L’aluminium
⬗ Le cadre en aluminium est récupéré et est envoyé pour être fondu en affinerie d’aluminium. L’aluminium est entièrement recyclable, il est ainsi réutilisé et valorisé.
➱ Le verre
⬗ Le verre qui représente en moyenne 70 à 75 % du poids d’un panneau est un matériau au cœur du recyclage, il est transformé en calcin et valorisé auprès des industriels du verre. Il peut notamment entrer dans la fabrication de fibre de verre ou produits d’isolation.
⬗ Notons que l’utilisation de verre recyclé (calcin) dans un processus de production permet de réduire la consommation de matières premières naturelles (sable), ou de matières synthétiques. Remplacer des matières premières par du calcin permet par ailleurs de réduire les émissions de CO2 puisque l’énergie nécessaire à la fusion des matières premières s’en trouve diminuée. La qualité du verre recyclé via le procédé de délamination par lame chaude devrait ouvrir le champs des possibilités à l’avenir.
➱ Plastique
⬗ Les polymères de plastique comme le Tedlar et l’EVA (éthylène-acétate de vinyle) peuvent être valorisés énergétiquement en combustible solide de récupération (CSR). Ils sont ainsi utilisés comme source d’énergie pour alimenter les fours de cimenterie.
⬗ Si certes le mélange de polymères ne permet pas la fabrication de nouveaux produits, la valorisation énergétique reste malgré tout une solution non négligeable. La problématique du recyclage est la même pour l’ensemble des déchets plastiques en France, la majorité de ces déchets est incinérée pour produire de l’énergie puisque seuls certains types de plastiques peuvent être effectivement traités et recyclés à l’heure actuelle.
➱ Silicium
⬗ La pureté du silicium obtenu est variable. Il contient par ailleurs de l’argent et du cuivre s’il est recyclé par broyage. Il peut être valorisé dans la filière du silicium métallurgique, il est notamment utilisé comme élément des alliages d’aluminium de fonderie, il peut aussi être incorporé à la fabrication d’acier. Outre les bénéfices liés aux propriétés du silicium ainsi réutilisé, son recyclage permet bien entendu une réduction des émissions de CO2 (acier décarboné…).
⬗ L’hydrométallurgie est une des pistes exploitables pour permettre l’extraction des métaux qu’il contient, notamment l’argent, et obtenir un matériau de plus grande pureté.
⬗ Le silicium obtenu après traitement des modules photovoltaïques reste néanmoins en faible volume, l’intérêt est désormais de maximiser à la fois ce volume mais aussi sa valeur. Le recyclage intégrant le procédé de délamination par lame chaude est à l’avenir d’autant plus justifié et pertinent.
⬗ Rappelons que le silicium est classé par grade selon son niveau (degré) de pureté et distingué par type d’utilisation :
➛ le silicium métallurgique noté MG-silicium et dit « metallurgical grade » : pureté minimale 99 %
➛ le silicium de qualité solaire noté SoG-silicium dit « solar grade » : pureté minimale 99,999 9 % (6N)
➛ le silicium de qualité électronique noté EG-silicium dit « electronic grade » : pureté minimale 99,999 999 99 % (10 N)
➱ Cuivre
⬗ Le cuivre et le cuivre étamé sont envoyés chez un affineur de métaux, ils sont fondus et réutilisés.
➱ Argent
⬗ L’argent recyclé grâce au procédé de délamination par lame chaude pourra être réutilisé, un point clé pour la transition énergétique…
⬗ Même si la quantité d’argent présente dans un module est dérisoire, sa rareté et sa valeur en font un matériau qui ne doit plus jamais être négligé au niveau du recyclage.
✦ Faisons le point…
❖ Ainsi, grâce aux technologies mises au point pour le traitement des modules photovoltaïques, environ 92 % de la matière est recyclée et valorisée et environ 94 % si l’on inclue la valorisation énergétique.
❖ Si Soren ne cesse de développer le réseau de points d’apports volontaires et coordonne toute la logistique de collecte et la filière de recyclage, l’éco-organisme travaille également au développement de technologies toujours mélioratives en partenariat avec les opérateurs de traitement sélectionnés.
❖ Soren permet l’application de la mise en conformité légale et collecte les contributions (éco-participations des metteurs sur le marché) pour financer les prestations de traitements. Soren affecte également une partie du budget à des projets de Recherche et Développement (R&D). Les opérateurs se rémunèrent grâce à la vente des matériaux recyclés, l’ensemble du système incite ainsi à améliorer en permanence la qualité du recyclage des modules. Les recettes matières issues du recyclage permettent de financer la filière de traitement et de valorisation des modules usagés. Notons que les opérateurs rachètent les modules usagés, en effet, juridiquement, ils doivent en être les propriétaires pour avoir le droit de revendre les matériaux recyclés.
❖ Les dispositifs mis en place ces dernières années et les technologies toujours plus efficaces ont marqué une véritable avancée dans les procédés de traitement et de valorisation. Toutes les solutions répondent aux exigences de la directive européenne, néanmoins, dissocier efficacement les divers composants est désormais un enjeu majeur pour tendre vers une filière à haute valeur ajoutée.
8. Optimiser les processus de recyclage et la valorisation, se préparer à l'avenir
♦ La difficulté du traitement des modules usagers réside dans la capacité à séparer les différentes fractions de matériaux, or l’étape de délamination des diverses strates du sandwich constitue une opération complexe et délicate en raison de la présence de l’EVA. Désolidariser ce polymère encapsulant du reste des matériaux ainsi que l’extraction de l’argent ou du cuivre du silicium font l’objet de recherches incessantes pour atteindre des niveaux de pureté élevés pour chaque fraction de matériau recyclé, et apporter, in fine, une valeur ajoutée.
Outre le travail en R&D (Recherche et Développement) sur des procédures de traitements, l’effort est également axé sur la maitrise de l’impact environnemental, des coûts de recyclage et du coût énergétique. L’objectif consiste à récupérer à la fois les matériaux les plus nobles et de réduire les impuretés dues à la présence des résidus de l’EVA dans chaque fraction.
♦ Dans le cadre du projet européen Photorama, les chercheurs du CEA-Liten* ont développé une nouvelle technologie de délaminage qui repose sur l’utilisation d’un fil diamanté. En passant ce fil le long du verre en face avant, ce procédé permet de le séparer du polymère encapsulant les cellules en face arrière. Les deux faces sont ainsi désolidarisées, le verre de grande pureté est récupéré, les matériaux présents dans le laminé et la poudre résultant de la découpe pourront ensuite être séparés et récupérés par d’autres opérations, notamment par traitement hydrométallurgique.
Ce procédé prometteur reste peu nocif pour l’environnement et peu énergivore. Une convention a été signée en juin 2021, le projet est mené pour développer des équipements industriels, la France y est notamment représentée par Soren.
CEA-Liten* : Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux, institut de recherche du CEA Tech (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives). Le CEA-Liten est dédié à la transition énergétique.
♦ De même, l’Union Européenne soutient le projet ReProSolar (financement de l’UE via EIT RawMaterials). Ce projet vise à démontrer l’intérêt de développer un procédé industriel innovant et viable économiquement, qui permettrait le recyclage des matériaux à haute valeur ajoutée issus des déchets photovoltaïques. L’objectif consiste à réduire les déchets, protéger les ressources précieuses et valoriser leur réintégration dans les différentes industries connexes tout en veillant à un faible impact environnemental. Le projet coordonné par Veolia implique la collaboration de divers partenaires des secteurs publics et privés opérant à toutes les étapes clés de la chaîne de recyclage : délaminage, séparation, traitement et purification des matières premières par des procédés physico-chimiques innovants. Le projet initié en 2021 s’échelonnera jusqu’en janvier 2025 et prévoit la construction d’une première ligne industrielle de recyclage des déchets photovoltaïques (d’une capacité annuelle de 5 000 tonnes). Le projet regroupe des partenaires allemands, espagnols et les partenaires français ROSI Solar, Grenoble INP, Veolia et Triade Electronique.
♦ Si le recyclage fait l’objet de nombreuses recherches, Soren travaille également en collaboration avec les partenaires et fabricants de modules photovoltaïques à une meilleure écoconception. La loi AGEC, (Anti-Gaspillage pour une Economie Circulaire), entrée en vigueur le 1er janvier 2022 oblige désormais les producteurs à élaborer des plans d’écoconception et à atteindre les objectifs visés. Les produits doivent à la fois contenir plus de matière recyclée et avoir une meilleure recyclabilité. L’objectif est d’imposer la mise en œuvre des trois « R », Réduire, Réutiliser, Recycler, afin de limiter les quantités de déchets, préserver les ressources naturelles et matières premières ainsi que l’environnement. Adopter une démarche d’écoconception conduit, in fine, à faciliter le recyclage et à réduire le coût.
♦ Pour être en accord avec la loi AGEC, Soren et Envie 2E Aquitaine se sont engagés dans un nouveau projet qui implique cette fois la création d’une ligne de réemploi et réutilisation des modules encore fonctionnels. Donner une deuxième vie aux modules photovoltaïques est désormais devenu un objectif incontournable.
♦ Pour l’heure, les volumes de modules photovoltaïques de la première génération arrivant en fin de vie demeurent limités, mais ces volumes vont s’accentuer dans les années à venir. Avec le fabuleux essor du photovoltaïque en France, les flots toujours croissants des installations vont impliquer, de facto, des impératifs de recyclage exponentiels.
♦ Par ailleurs, rappelons que la loi Énergie-Climat et la Programmation Pluriannuelle de l’Énergie (PPE) prévoient la diversification du mix électrique en France afin d’atteindre la neutralité carbone à horizon 2050. L’objectif est de réduire à 50% la part de la production nucléaire d’ici 2035, et de porter à 33% la part des énergies renouvelables en 2030 (réduction de 40% de la consommation d’énergies fossiles en 2030). La PPE prévoit que le parc photovoltaïque français atteigne entre 35,1 et 44 GW en 2028. Fin novembre 2021 l’ADEME (Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie) a rendu public son rapport où selon les modélisations et quatre scénarii, les énergies renouvelables devraient représenter entre 72 % et 97 % du mix de production électrique en 2050.
♦ Quels que soient les scénarii envisagés, tous impliquent un fort développement de l’énergie solaire en France dans les années à venir, or le développement et le renforcement de la filière de traitement et de valorisation devront être à la hauteur pour ne pas être confrontés à une vague submersive insurmontable. Les travaux et projets de recherches se déploient et se multiplient, tous visent l’amélioration des procédés et le développement de technologies de recyclage et de valorisation toujours plus performantes. L’optimisation des processus de recyclage et d’amélioration de la pureté des matériaux vont de pair avec une réduction de l’impact environnemental et la maîtrise des coûts.
♦ PV Cycle, l’ensemble des acteurs du secteur photovoltaïque en Europe, et plus encore Soren en France, ont su jusque-là anticiper l’essor de l’énergie solaire. La filière est déjà structurée et organisée, tous continuent à relever de concert les défis technologiques et techniques pour parer à l’augmentation constante et massive des besoins de traitements à venir.
9. Le recyclage des panneaux photovoltaïques et la valorisation des matériaux : bilan
♦ La France est factuellement à l’avant-garde dans le domaine du recyclage des modules photovoltaïques, grâce l’implication, l’engagement et le rôle précurseur de Soren et ses partenaires.
♦ L’Asie et l’Amérique du Nord, restent quant à eux plutôt en retard en termes de capacités de collecte, de traitement et de valorisation qui devront être adéquation avec la croissance colossale des installations photovoltaïques, et de facto, avec les volumes considérables de déchets à traiter à venir. Il leur faudra réagir vite et efficacement…
♦ A l’aune de l’ensemble de ces informations, retenons qu’à l’heure actuelle, en France, le taux moyen de valorisation pour un module photovoltaïque à base de silicium cristallin avec un cadre en aluminium atteint au moins 94%.
♦ Les polémiques et les idées reçues sont toutefois tenaces, et sont malheureusement entretenues par les médias. Elles cristallisent et entretiennent les réticences, et il est bien difficile de faire comprendre que le recyclage et la valorisation des matériaux issus des modules photovoltaïques sont non seulement obligatoires mais aussi parfaitement opérationnels en France. Les détracteurs et contempteurs restent soit convaincus que le recyclage des modules photovoltaïques est inopérant, soit pointent du doigt les quelques 5 % des matériaux restants qui ne sont pas encore recyclés.
♦ Cet article vise à donner une vision globale et à la fois détaillée sur la filière du recyclage en France dont on peut s’enorgueillir ! Le photovoltaïque est encore stigmatisé, or il ne faut pas tout amalgamer et se focaliser sur ce qu’il se passe ailleurs ou sur ce seul type de déchet. Si l’argument de force à l’encontre de l’énergie solaire réside dans les soi-disant « incapacités » de recyclage, il est bon de se soucier tout autant du devenir des réfrigérateurs, lave-linges, téléviseurs, smartphones, tablettes, véhicules et de bien d’autres équipements usuels. Sans oublier qu’une centrale solaire photovoltaïque rembourse sa dette énergétique entre 1,5 et 3 années de fonctionnement, et génère une production d’énergie verte reposant sur une ressource renouvelable et inépuisable. Sur une durée de vie estimée à plus de 30 ans, le bilan écologique est largement positif…
➥ Voir article Pourquoi passer à l’énergie solaire ? Les atouts du photovoltaïque et ses limites
Pour Acsolue Energie, le recyclage et la valorisation des modules photovoltaïques en fin de vie est un sujet qui est à prendre avec grand sérieux. Dans le cadre de la transition énergétique et la lutte contre le changement climatique, le solaire photovoltaïque apparaît comme une solution alternative prometteuse pour subvenir aux besoins grandissants en électricité. On ne peut cependant pas évoquer la préservation de l’environnement sans considérer le recyclage et la valorisation des équipements et matériaux.
Acsolue Energie se tient également informée des avancées en termes de production et éco-conception. Même si les étapes qui marquent le début et la fin de vie des modules photovoltaïques sont remboursées énergétiquement pendant la durée de fonctionnement, des améliorations sont nécessaires pour encore réduire l’impact environnemental.
➥ Sources et liens utiles :
https://www.soren.eco/
https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Plan%20ressources%20Photovoltaique.pdf
https://www.veolia.fr/medias/actualites/rousset-premiere-unite-deurope-entierement-dediee-au-recyclage-panneaux
https://pvcycle.org/
https://www.pv-magazine.fr/
https://www.pv-magazine.fr/2020/08/24/recyclage-des-panneaux-photovoltaiques-pourquoi-natteint-on-pas-une-revalorisation-a-100/
https://www.pv-magazine.fr/2020/05/04/recycler-les-panneaux-photovoltaiques-etat-des-lieux-et-perspectives/
https://www.photovoltaique.info/fr/exploiter-une-installation/exploitation-technique/demontage-et-recyclage-des-installations-photovoltaiques/#recyclage_des_modules_photovoltaiques
https://franceterritoiresolaire.fr/43eme-edition-2e-trimestre-2022/#observatoire-energie-solaire-43eme-edition-chiffres-t2-2022/1/
Ademe, communiqué de presse : une feuille de route pour mener la filière vers l’excellence environnementale
https://presse.ademe.fr/2021/07/photovoltaique-une-feuille-de-route-pour-mener-la-filiere-vers-lexcellence-environnementale.html
Décret n° 2014-928 du 19 août 2014 relatif aux déchets d’équipements électriques et électroniques et aux équipements électriques et électroniques usagés [en ligne]. Journal officiel, n°0193, 22 août 2014 :
https://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000029387124&categorieLien=id
Veolia Rousset Top départ pour recycler les panneaux photovoltaïques en France : https://www.youtube.com/watch?v=ZNUUHTW6Dhk
Le photovoltaïque, choix technologiques, enjeux matières et opportunités industrielles : https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Plan%20ressources%20Photovoltaique.pdf
Loi Energie-Climat, texte officiel : https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000039355955/
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