La prochaine génération de panneaux solaires est non seulement plus efficace, mais aussi plus propre, plus circulaire et moins dépendante des matières premières provenant de l'extérieur de l'Europe. Pour la position stratégique de l'Europe, ce ne sont pas là des détails. Ce sont des conditions préalables indispensables.
L'énergie solaire est la pierre angulaire de la transition énergétique néerlandaise. Chaque année, des centaines de milliers de panneaux viennent s'ajouter aux installations existantes, sur les toits des habitations et des entreprises, ainsi que dans les grands parcs solaires. Parallèlement, la première génération de panneaux arrive en fin de durée de vie technique.
Cette évolution place le secteur face à un défi qui va bien au-delà de la simple montée en puissance. Il ne s'agit pas seulement d'installer davantage de panneaux solaires, mais aussi de proposer des panneaux de meilleure qualité : des panneaux moins dépendants des matières premières rares, facilement recyclables et répondant aux exigences européennes en matière d'approvisionnement énergétique pérenne. En effet, les choix actuels en matière de matériaux et de conception déterminent non seulement la performance environnementale des panneaux, mais aussi leur facilité de mise en œuvre, leur valeur résiduelle et leur sensibilité à l'évolution de la réglementation.
La durabilité, la viabilité économique et l’autonomie stratégique sont ainsi directement liées. De nombreux panneaux qui constituent encore aujourd’hui la norme sur le marché sont, par essence, conçus selon un modèle linéaire : difficiles à recycler de manière optimale, dépendants de matières premières et de chaînes de production situées hors d’Europe, et non sans risque réglementaire à l’avenir. C’est précisément là que s’accentue la tension entre le déploiement rapide de l’énergie solaire et les conditions cadres nécessaires pour rendre cette croissance durable à long terme.
Comment tirer le meilleur parti des panneaux déjà installés ? Et comment faire en sorte que les nouveaux panneaux répondent dès le premier jour aux exigences de la transition énergétique : propres, circulaires, économiquement viables et moins dépendants des chaînes d'approvisionnement hors d'Europe ? Pour répondre à ces questions, TNO travaille en collaboration avec ses partenaires sur deux axes.
La première piste concerne le parc existant : des millions de panneaux qui seront un jour remplacés et dont il faudra récupérer les matières premières précieuses. Des matières premières qui, sans cela, seraient perdues, devraient être réimportées ou finiraient à la poubelle.
Le deuxième axe est tourné vers l'avenir : comment concevoir des panneaux solaires qui, dès leur mise sur le marché, répondent déjà aux exigences de demain, soient exempts de substances nocives, soient recyclables dès leur conception et soient fabriqués en Europe ?
Ces deux volets sont indissociables. Les technologies de recyclage sont indispensables pour le parc existant, mais éviter que les futurs panneaux ne posent les mêmes problèmes constitue la mesure la plus durable. Sur ces deux fronts, TNO obtient des résultats concrets avec ses partenaires.
De par leur conception, les panneaux solaires sont si résistants qu’ils peuvent durer plusieurs décennies, mais c’est aussi ce qui constitue leur faiblesse en matière de recyclage. Le verre, les cellules solaires et les couches protectrices sont assemblés à l’aide de colles très puissantes. Les méthodes de recyclage actuelles sont donc souvent rudimentaires : broyage ou chauffage, puis transformation en matériaux de construction destinés, par exemple, au revêtement routier ou aux ponts. Cela entraîne la perte de matériaux précieux. Les méthodes de recyclage alternatives, qui visent à récupérer ces matériaux, consomment généralement une quantité d'énergie démesurée.
La logique économique est claire : en 2024, environ 24 % de l'argent extrait dans le monde était déjà utilisé dans la fabrication de panneaux solaires. Depuis lors, la consommation d'argent par panneau a certes diminué, mais elle représente toujours une part considérable de la consommation mondiale d'argent en raison de la croissance de la production. Si cette matière première est massivement jetée comme déchet, une part importante de sa valeur économique reste inutilement inexploitée.
L'argent, mais aussi le silicium à partir duquel sont fabriquées les cellules solaires elles-mêmes, sont en outre des matières premières rares. Leur récupération est donc essentielle, d’autant plus que la demande mondiale augmente fortement. La croissance du secteur de l’énergie solaire et d’autres applications met la disponibilité de ces matières premières sous pression. C’est précisément pour cette raison qu’il est crucial de maintenir ces matières premières dans le cycle de recyclage autant que possible.
TNO a donc mis au point une approche radicalement différente du recyclage : une technologie laser qui rompt de manière ciblée la liaison entre les différentes couches du panneau solaire sans endommager les matériaux sous-jacents. Avec un taux de récupération prévu de 99 % pour l'argent, pour une fraction de la consommation d'énergie des méthodes existantes, le recyclage passe du statut de poste de dépense à celui de source de matières premières économiquement intéressante.
“ D’ici 2030, nous prévoyons une vague considérable de panneaux solaires mis au rebut en Europe. Ce n’est pas un problème de déchets, c’est une opportunité en matière de matières premières. ”
Mirjam Theelen, responsable de recherche chez TNO
Que contiennent exactement les panneaux courants qui équipent aujourd’hui la plupart des toits néerlandais ? La réponse a des implications tant économiques que stratégiques, et elle est moins rassurante que ce que le secteur admet généralement.
Outre l'argent et le silicium mentionnés ci-dessus, un panneau solaire classique est composé de verre, d'un cadre en aluminium et de matières plastiques (emballage). Le cadre en aluminium est assez facile à réutiliser, ce qui se fait déjà à grande échelle. Il en va autrement pour le verre et les matières plastiques.
La grande majorité de ces panneaux est fabriquée à partir de verre provenant de Chine. Ce verre, qui représente environ 70 % du poids d’un panneau, contient de l’antimoine : un métal lourd toxique ajouté au verre en fusion pour éliminer les bulles d’air et obtenir une masse de verre transparente et limpide. Ce processus de raffinage est essentiel à la qualité de ce verre spécial utilisé pour les panneaux solaires, mais il rend en même temps le produit final problématique.
L'antimoine est nocif pour l'homme et l'environnement ; il est classé comme matière première critique dont l'extraction est fortement concentrée en dehors de l'Europe. Il est donc difficile de recycler le verre en fin de vie à grande échelle et selon des normes de qualité élevées ; dans la pratique, il finit souvent dans des applications de moindre valeur, par exemple dans le secteur du bâtiment comme matériau de remblayage, d’isolation ou de fondation. Une partie de la valeur du matériau est ainsi inévitablement perdue. Chaque panneau contient en moyenne plusieurs dizaines de grammes d’antimoine.
Outre l'antimoine, les PFAS occupent une place importante dans le débat sur la durabilité des panneaux solaires. Les PFAS, surnommés ‘ forever chemicals ’ (produits chimiques éternels) car ils ne se dégradent pratiquement pas dans l'environnement, sont utilisés dans les couches protectrices en plastique des panneaux solaires. Le choix de ces couches dépend de la conception du panneau.
Au sein de l'UE, une procédure de restriction REACH visant à interdire les PFAS dans les panneaux solaires est en cours depuis 2023, et cette procédure touche désormais à sa fin. Pour les acteurs qui investissent actuellement dans des panneaux contenant des PFAS, cela représente un risque réglementaire ayant des conséquences financières directes.
Le choix des matériaux lors de la conception détermine donc directement la facilité avec laquelle un panneau peut être recyclé, les risques réglementaires qu’il comporte et le degré de dépendance vis-à-vis des chaînes d’approvisionnement externes en matières premières. Il ne s’agit pas là de détails techniques, mais de choix économiques et stratégiques.
Alors que TNO travaille à l'amélioration du recyclage des panneaux solaires actuellement installés, le développement d'une nouvelle génération de panneaux, qui s'attaque à ces problèmes à la source, se poursuit en parallèle. “ Circulaire dès la conception ”, dès le premier jour de production. Cette démarche comporte deux volets : ce qui est déjà disponible aujourd’hui et ce qui le sera à court terme.
Solarge, un fabricant néerlandais disposant d'une usine à Weert, dans le Limbourg, en est un exemple frappant : l'entreprise commercialise déjà des panneaux solaires légers totalement exempts de PFAS et d'antimoine, devançant ainsi la future réglementation européenne. Ces panneaux sont fabriqués en plastique plutôt qu'en verre, ce qui les rend environ deux fois plus légers que les panneaux conventionnels.
Ils conviennent donc aux toitures qui ne peuvent pas supporter le poids des panneaux traditionnels, une catégorie qui représenterait, selon les estimations, une surface comparable à celle de l'ensemble des panneaux solaires installés à ce jour aux Pays-Bas.
Les panneaux sont conçus selon un principe entièrement circulaire : à la fin de leur cycle de vie, la récupération des matériaux génère des revenus plutôt que des coûts. Solarge offre à ses clients une garantie de reprise ; la circularité est pour l'entreprise un modèle économique et non un simple argument marketing.
L'efficacité de la technologie laser a été démontrée à grande échelle. Dans le cadre du projet CVER (traitement circulaire des panneaux solaires), TNO a appliqué la technologie laser à des modules complets de Solarge, des panneaux solaires légers en plastique, totalement exempts de PFAS et d’antimoine. Ce projet s'inscrit également dans le cadre d'une collaboration avec un autre partenaire de la chaîne, l'entreprise de recyclage MIREC.
Les résultats montrent que la conception circulaire et le recyclage de haute qualité se renforcent mutuellement. Le démontage des modules Solarge à l'aide de la technologie laser a permis d'obtenir les résultats suivants :
La feuille arrière en plastique sans PFAS (polypropylène renforcé de fibres de verre) a pu être retirée, réutilisée et laminée à nouveau sans aucun problème, ce qui illustre parfaitement un cycle de vie fermé des matériaux.
La feuille de protection en polymère a pu être facilement retirée du module après le découpage au laser et un léger réchauffement, sans endommager les couches sous-jacentes.
Plus de 99 % du matériau des plaquettes a été récupéré, avec une pureté supérieure à 99,9 %.
Bien que les panneaux Solarge contiennent déjà très peu d'argent de par leur conception, ce qui constitue en soi un avantage en termes de durabilité, les premiers tests ont déjà permis de récupérer 93 % de l'argent présent, avec une pureté supérieure à 96 %.
Les panneaux conçus de manière intelligente sont également plus faciles à recycler. Les résultats prouvent que cette double logique fonctionne : l'utilisation de meilleurs matériaux au départ se traduit par de meilleurs rendements en fin de vie, et donc par une réduction des coûts totaux du système sur l'ensemble de son cycle de vie.
La prochaine étape consiste à fabriquer des panneaux solaires à base de pérovskite plutôt que de silicium.
TNO constate que, partout dans le monde, de nombreux acteurs misent sur une nouvelle technologie de cellules solaires : la technologie des cellules solaires en pérovskite, souvent montées sur du verre.
Contrairement à de nombreux autres acteurs, TNO opte délibérément pour la technologie « roll-to-roll » utilisant des films souples, en s'appuyant sur les connaissances et l'expérience de l'écosystème néerlandais. Les applications du produit final concernent aussi bien les films sur mesure légers qui produisent de l'énergie solaire que la technologie circulaire de panneaux solaires légers à base de polymères, à l'instar de ce que fait Solarge.
TNO et Solarge ont déjà développé conjointement un prototype de panneau solaire en pérovskite doté d'une structure polymère unique, une première mondiale néerlandaise qui combine ces deux technologies innovantes. La couche absorbant la lumière a été produite grâce au procédé de fabrication « roll-to-roll » de TNO pour la pérovskite, dans lequel les cellules solaires sont fabriquées, pour ainsi dire, sur un tapis roulant, à l’instar de l’impression d’un journal. Solarge apporte son savoir-faire pour la structure en plastique qui entoure ces cellules, selon la même approche que pour ses panneaux existants : légers, circulaires et sans verre.
Un défi supplémentaire, sur lequel travaillent différentes parties en collaboration notamment avec TNO, consiste à garantir que cette structure en plastique reste exempte de PFAS. De nombreuses recherches sont actuellement menées sur l’efficacité de ces couches, en tenant compte des coûts, de la disponibilité et de la certifiabilité. Le prototype démontre déjà que la combinaison de ces technologies est en principe adaptée au passage à des cellules solaires en pérovskite multicouches, avec des émissions de CO₂ estimées à moins de 10 grammes par kilowattheure, soit une fraction de celles des panneaux solaires conventionnels.
Solarge et TNO travaillent à l'élaboration de projets visant à faire évoluer cette technologie vers un produit abouti dans les meilleurs délais, avec le soutien du projet SolarNL, financé par le Fonds de croissance.
“ Les Pays-Bas deviendront ainsi un leader mondial en matière de durabilité, et à terme, des baisses de prix significatives seront également possibles. ”
Gerard de Leede, directeur technique chez Solarge
Une chaîne énergétique durable, dans laquelle nous produisons de manière autonome de l’énergie renouvelable, rend les Pays-Bas et l’Europe résilients sur les plans économique, climatique et politique. Quiconque souhaite faire de l’énergie solaire le pilier de la transition énergétique doit également réfléchir à la chaîne de production qui se cache derrière ces panneaux. L'Europe dépend actuellement fortement des composants en provenance de Chine, du verre aux terres rares. Cette dépendance rend la transition énergétique structurellement vulnérable : aux fluctuations de prix, aux tensions géopolitiques et aux risques d'approvisionnement.
Les innovations mises au point par TNO et ses partenaires industriels apportent une réponse à chacun de ces enjeux. La technologie à base de pérovskite peut être produite localement à partir de matériaux disponibles en grande partie en Europe. Les modules légers en plastique réduisent la dépendance vis-à-vis du verre chinois. Des choix circulaires en matière de matériaux et de conception garantissent la pérennité des panneaux. Une technologie de recyclage de pointe permet de conserver les matières premières précieuses au sein de la chaîne d'approvisionnement européenne. Enfin, le développement d'une industrie manufacturière européenne autour des nouvelles technologies photovoltaïques élargit la marge de manœuvre stratégique des décideurs politiques et des industries.
L'autonomie stratégique en matière d'énergie n'est pas une position idéologique. Il s'agit d'une condition préalable économique. Celui qui contrôle la chaîne d'approvisionnement contrôle également les coûts et la continuité de l'approvisionnement énergétique.
La transition énergétique ne pourra réussir que si elle est à la fois économiquement viable et stratégiquement solide. Cela va bien au-delà de la simple installation d’un plus grand nombre de panneaux solaires. Il faut des panneaux qui allègent la pression sur la chaîne d'approvisionnement en matières premières au lieu de l'alourdir, qui soient recyclables sans perte de valeur et qui rendent l'Europe moins dépendante des chaînes d'approvisionnement situées en dehors du continent.
TNO travaille sur ces deux fronts : d'une part, sur des technologies de recyclage de pointe permettant de récupérer des matières premières précieuses à partir des panneaux existants, et d'autre part, sur une nouvelle génération de solutions qui s'attaquent à ces problèmes à la source. Des panneaux en plastique circulaires qui recouvrent déjà aujourd’hui les toits néerlandais aux cellules solaires en pérovskite produites à la chaîne, en passant par les films solaires sur mesure et les cycles de vie fermés des matériaux : la technologie permettant de pérenniser le secteur solaire est en cours de développement et, en partie, déjà disponible.
La prochaine génération de panneaux solaires n'est pas seulement plus efficace. Elle est plus propre, plus circulaire et plus judicieuse sur le plan stratégique. Et elle est plus proche que vous ne le pensez.
Lien vers l'article original : L'énergie solaire de demain : plus propre, circulaire et européenne
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