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Le recyclage des panneaux photovoltaïques

Dossier - Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires
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Quentin Mauguit, Futura

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De nombreuses cellules photovoltaïques ont vu le jour pour exploiter au mieux la lumière du Soleil au travers de panneaux solaires. Afin de produire de l’électricité, silicium, terres rares ou plastiques sont employés, mais chaque technologie a des atouts et des faiblesses dans ce domaine prometteur.

  
DossiersLes cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires
 

Nos objets électroniques ont tous une durée de vie limitée. Les panneaux solaires aussi ! Au vu du nombre grandissant d'installations photovoltaïques construites chaque année dans le monde, des filières de recyclage se sont mises en place, chacune avec sa propre méthode pour détruire les cellules et réemployer leurs matériaux.

Les panneaux solaires produits de nos jours sont au minimum garantis pour fonctionner 20 ans. De nombreux constructeurs garantissent même une perte de puissance qui n'excède pas 20 % durant 25 ans, mais que faire des modules endommagés ou en fin de vie ? La question n'est pas anodine, vu le nombre de panneaux installés chaque année et la rareté ou la toxicité de certains de leurs composants. La réponse paraît évidente depuis quelques années : les recycler !

Les consommateurs comme les producteurs sont de plus en plus conscients de l'importance du recyclage, et ce pour plusieurs raisons. Premièrement, la diminution des réserves de plusieurs éléments, comme les terres rares, et la concurrence pour le silicium provoquent des tensions croissantes d'approvisionnement sur les marchés. Le recyclage pourrait les réduire en fournissant une quantité accrue de matières premières. Deuxièmement, cette opération fournit un aspect renouvelable à un secteur qui souhaite justement produire des énergies propres. Enfin, parce que la gestion des déchets est de plus en plus réglementée tant au niveau national qu'international.

La filière du recyclage des panneaux photovoltaïques s'est particulièrement bien développée ces dernières années... au point de ne pas avoir assez de matière première pour être rentable. En effet, la plupart des modules solaires installés dans le monde sont encore loin d'atteindre leur fin de vie, puisqu'ils ont été mis en place ces dernières années. Les usines de recyclage traiteraient donc principalement les déchets et les rebus de production en attendant mieux. Il n'existe pas de méthode standard pour recycler un panneau, mais plusieurs approches se démarquent.  

Ces panneaux photovoltaïques sont arrivés en fin de vie. Ils attendent d’être recyclés. Leur silicium pourra être réutilisé quatre fois par la suite. © PV Cycle

Le recyclage des cellules photovoltaïques au silicium cristallin

Un réseau de collecte a été mis en place en Europe pour récupérer les panneaux démantelés. Il est actuellement géré par PV Cycle. Toutefois, seuls des modules produits par des marques ayant établi des accords avec cette association sont récupérés.

Une fois débarrassés de leur cadre métallique et du boîtier de connexion, les panneaux renfermant des cellules au silicium cristallin peuvent suivre deux voies de recyclage :

  • des traitements thermiques sont utilisés pour faire brûler l'EVA et ainsi dissocier les cellules du verre. Ce dernier représente 80 % de la masse d'un panneau. Il peut être traité dans une filière conventionnelle, où il pourra par exemple être transformé en fibre de verre, puis être intégré dans des isolants. Les cellules vont pour leur part subir différents traitements chimiques afin d'éliminer la couche antireflet (si elle existe), puis de détacher les contacts métalliques. Les galettes de silicium sont réutilisables si leur intégrité est restée intacte. Dans le cas contraire, elles sont broyées, fondues puis utilisées pour fabriquer de nouveaux lingots ;
  • la deuxième méthode consiste à broyer l'ensemble d'un panneau débarrassé de son cadre, puis à utiliser différents traitements chimiques ou mécaniques pour séparer des fractions homogènes. Cette approche évite d'avoir à lutter contre l'important pouvoir adhésif des encapsulants. 

Les métaux (cuivre, argent, aluminium, etc.) ou les plastiques sont réutilisables pour la production de matières premières. Le taux de recyclage moyen d'un panneau photovoltaïque attendrait entre 80 et 90 %. Selon l'organisme Ceres, le silicium est réutilisable à quatre reprises. 

Voilà tout ce qui reste d’un panneau photovoltaïque après son broyage. Différents traitements chimiques et mécaniques vont maintenant séparer les composants. © PV Cycle

Le recyclage des cellules à couches minces

Trois entreprises se chargent actuellement de recycler les cellules CdTe et CIGS en Europe. Leurs méthodes diffèrent, mais elles adoptent cependant les approches employées durant le traitement des entités au silicium cristallin :

  • les différentes couches peuvent être séparées par des procédés mécaniques, puis subir divers traitements physiques, chimiques, électrochimiques ou hydrométallurgiques individuels ;
  • l'ensemble d'une cellule, voire d'un panneau, peut également être broyé. Le verre et l'encapsulant sont alors séparés mécaniquement ou chimiquement. Les autres constituants sont ensuite triés, avant d'être récupérés puis traités.

Chaque traitement doit être choisi méthodiquement en fonction du type de cellule à recycler, notamment lorsque l'on traite des entités renfermant des éléments potentiellement toxiques pour l'Homme ou pour l'environnement (cas des cellules au CdTe).

Environ 90 % du verre et 95 % des semi-conducteurs qui composent une cellule à couches minces sont récupérables. Au final, le cadmium, le tellure, mais aussi le gallium et l'indium, sont remis sur le marché des matières premières.

En 2008, environ 3.800 tonnes de panneaux photovoltaïques ont été remplacées dans l'Union européenne. Ce chiffre pourrait monter à 300.000 tonnes d'ici 2030, si les tendances actuelles se poursuivent.