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Photovoltaïque et CO2 : le bilan est (nettement) meilleur que celui habituellement utilisé

L’analyse de la littérature relative au solaire photovoltaïque montre une diminution de 30 à 50% des émissions de CO2 liées à la production photovoltaïque par rapport aux valeurs de référence du GIEC. Grâce notamment à l’amélioration du processus de fabrication des wafers. Voici notre analyse.

Cette analyse a été réalisée par Energie Commune et le Becquerel Institute.

Lorsque l’on consulte la littérature scientifique, on observe une grande variabilité dans les valeurs des facteurs d’émission rapportées pour l’électricité générée par les systèmes photovoltaïques (gCO2eq/kWh elec. produit), y compris pour une même technologie.

Parmi les raisons expliquant ces variations, il y a la variabilité des paramètres pris en compte (performance du système, insolation, …) mais aussi et surtout la variabilité au niveau des données des inventaires de cycle de vie (Life Cycle Inventory – LCI) considérées, celles-ci étant d’ailleurs très souvent obsolètes.

Un important exercice d’harmonisation a été réalisé par le NREL en 2012 sur les données d’un ensemble d’Analyse du Cycle de Vie (Life Cycle Assessment – LCA) publiées entre 2000 et 2010 (consulter l’étude : Life Cycle Greenhouse Gas Emissions of Crystalline Silicon Photovoltaic Electricity Generation).

Les valeurs normalisées selon des paramètres standard définis (1) ont donné une valeur médiane de 43 gCO2eq/kWh (cSi et thin film).

C’est cette valeur qui figure encore actuellement dans la dernière version de la factsheet « Life Cycle Greenhouse Gas Emissions from Electricity Generation » du NREL publiée en septembre 2021.

C’est aussi sur base de cet exercice de 2012 que sont rapportées les valeurs figurant dans l’annexe III de l’AR5 WGIII du GIEC (2014).

La source de données actuellement la plus fiable pour les LCI des systèmes photovoltaïques est le rapport de l’IEA PVPS Task 12. La dernière version date de 2020 (données de 2018) et remplace la version de 2015 (données de 2011). Jusqu’ici, peu d’auteurs de LCA ont déjà utilisé cette dernière version des LCI dans leur étude.

A ce titre, l’étude la plus pertinente est celle de Fthenakis & Leccisi (2021). Ceux-ci ont utilisé les LCI de IEA PVPS T12 de 2020 pour évaluer l’impact environnemental des centrales au sol photovoltaïque Si cristallin et l’ont comparé à celui évalué par une étude similaire (Leccisi et al., 2016) réalisée avec les LCI du rapport de 2015.  

Les résultats montrent une réduction d’environ 49% des émissions de CO2eq par kWc pour le Si mono-cristallin et d’environ 32% pour le Si poly-cristallin, menant à des valeurs actuelles pour les facteurs d’émission de l’électricité produite respectivement de 23 et 25 gCO2eq/kWh.

Un meilleur bilan, grâce à de nouveaux processus industriels

Les raisons majeures avancées pour ce bilan carbone sont les améliorations dans la production des wafers (diminution de l’épaisseur et des pertes au sciage).

Les chercheurs et fabricants créent des cellules photovoltaïques de plus en plus minces et légères. En 13 ans, nous sommes ainsi passés de 16 g/Wc à 4 g/Wc (grammes/Watt crête) – voir graphique ci-dessous.

L’industrie solaire utilise donc 4 fois moins de matière et d’énergie qu’auparavant pour fabriquer les cellules (poste le plus gourmand en énergie en ce qui concerne la fabrication).

Et on s’attend encore à des diminutions de poids dans un avenir proche.

La filière teste en effet actuellement la production de cellules solaires basée sur la technologie dite « kerfless ». Ce procédé permet d’éviter 5 étapes complexes de la production conventionnelle de panneaux (croissance du silicium en lingot, sciage en tranches, etc). Les cellules solaires sont ici réalisées sur un substrat silicium par croissance épitaxiale, donc sans trait de coupe (« kerfless »). Au final, cette technologie offre un taux d’utilisation (matériaux et énergie) proche de 100%, alors que les procédés conventionnels enregistrent encore environ 50% de pertes

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