Le bilan environnemental des panneaux photovoltaïques justifie-t-il son développement ?

Le parc de panneaux photovoltaïques représente 7% de la puissance électrique installée en France. Mais sa production annuelle dépasse à peine les 2%.

Ces deux chiffres montrent toute l’ambiguïté de cette énergie.

Si maintenant on la rapporte à l’énergie globale consommée en France, nous atteignons 0,5%… de la consommation énergétique globale.

Cela laisse une “belle” marge de progression. 

Mais si l’on veut avoir un impact réel sur les émissions de gaz à effet de serre, l’énergie photovoltaïque ne semble, a priori, pas être l’approche la plus efficace.

Pourtant, après m’être intéressé de manière passionnée au sujet, j’en suis devenu un ardent promoteur. Je pense que cette énergie peut avoir un réel impact sur la perception de notre consommation d’énergie individuelle.

A condition qu’on l’aborde de manière proactive…

L’énergie solaire est omniprésente sur terre. Utilisons la autant que possible

Cet article fait partie d’une série sur le photovoltaïque. Il fait suite à celui, un peu provocateur, dans lequel j’affirme que 82% de l’énergie utilisée en France est d’origine solaire. Je vous invite à le découvrir avant de continuer. 

L’énergie solaire étant omniprésente sur terre, la logique voudrait qu’on l’utilise de manière préférentielle. Et c’est ce que nous faisons de manière indirecte. Car le principal problème à l’utilisation de cette énergie est qu’elle n’est pas forcément en adéquation avec nos besoins (moment et puissance). D’où la nécessité de la stocker. 

La logique voudrait pourtant qu’on l’utilise de manière directe. Sitôt reçue, sitôt utilisée.

Pas de stockage. Donc pas de ressources et d’énergie nécessaire à la production d’un moyen de stockage. Cela aide au bilan.

Quant à la production de panneaux photovoltaïques, on entend un peu tout et son contraire.

Certains disent que l’énergie nécessaire à la production de ces panneaux n’est pas compensée par la production d’énergie. D’autres comme dans le film diffusé par Arte  “La face cachée des énergies vertes”, sous-entendent que les matériaux mis en œuvre pour la production de ces panneaux, et en particulier les métaux rares, ont un impact environnemental tel qu’on pourrait remettre en cause leur usage.

Petit aparté sur ce film.

J’ai détesté ce documentaire. Jusque dans les 5 dernières minutes. Le montage et les commentaires utilisent le sensationnel, les effets dramatiques, dans la musique, l’intonation de la voix off. Les images spectaculaires sont omniprésentes. On a l’impression de regarder un sujet sur l’holocauste que l’on viendrait nous révéler. Au bout de quelques minutes, on en serait presque à se dire : ”mais restons dans ce monde carboné !”. Toutes les initiatives de transition décrites n’ont de visée que de nourrir un capitalisme opportuniste et sans état d’âme, prêt à toutes les concessions pour nourrir un marché naissant et motivé par la peur et l’envie de bien faire… Bref, une sensation un peu écoeurante.

Je ne voyais pas où ils voulaient en venir. Car les faits dénoncés sont vrais, réels. Mais les conclusions à tirer ambiguës.

Certes, il est essentiel de savoir que les panneaux solaires, les éoliennes, les batteries ne poussent pas spontanément dans la nature. D’avoir en tête que chaque objet utilisé, y compris pour produire de l’énergie, a nécessité des ressources dont le bilan n’est pas mis en valeur. Déjà parce qu’il est difficilement mesurable.

Mais de là à conclure ou sous-entendre que le remède a des conséquences pires que le mal, voilà qui me faisait pester. Car certes, nous n’avons pas trouvé le bon équilibre. Mais nous n’en sommes qu’au début. Et pour cela il faut avoir en main toutes les données pour arbitrer (et dans cette perspective, le film apporte des éléments fondamentaux) : les recherches, les découvertes, les innovations, y compris low tech, fusent partout sur terre.

Je craignais que le message diffusé par le film ne contribue à brouiller l’esprit et freine l’élan actuel.

J’en étais pour le moins chagriné. Jusqu’à ces cinq dernières minutes. Tout ça pour en arriver là… 

La conclusion du film, était : comme les énergies “vertes” utilisent beaucoup de ressources, la solution ne pourra être que la sobriété. 

Ok… 

Longue démonstration qui manquait cruellement de données chiffrées et se basait sur un montage et des commentaires de type “catrosphismes”. J’aurais bien apprécié une comparaison chiffrée avec la production énergétique carbonée. Même avec le nucléaire…

Alors justement, quel est le bilan des panneaux photovoltaïques ? Où et comment sont-ils produits ?

Où les panneaux solaires sont-ils produits ?

Les panneaux solaires photovoltaïques sont composés principalement de silicium (pour la majorité d’entre eux), d’aluminium (pour le cadre), de métaux rares, et d’autres métaux pour les composants électriques.

Si la silice est abondante, ce n’est pas le cas des métaux… rares (dont font partie les fameuses terres rares). Les ressources de métaux rares sont en revanche très inégalement réparties. La chine est un des principaux pourvoyeurs et dispose des plus grandes réserves.

Mais ce n’est pas le seul atout dans sa manche. Les autorités chinoises ont décidé il y a une dizaine d’années de tirer parti de ses avantages : ressources indispensables abondantes, main d’œuvre qualifiée et bon marché et développement technologique.

Ce cocktail a propulsé la Chine au rang de leader incontestable de la production de panneaux solaires, galvanisé par une demande intérieure très forte. Et par la même, tuant dans l’œuf les sociétés européennes dont certaines françaises pleines d’avenir.

L’Europe n’est pas montée au créneau pour défendre ce pan d’industrie. Sans doute sous l’influence de l’Allemagne, forte exportatrice vers la Chine (automobile, machines industrielles…). 

Cette situation rend de fait l’Europe et donc la France très dépendante des importations pour ce qui concerne le secteur photovoltaïque. On trouve quelques sociétés qui produisent en France, ou plutôt assemblent, car les cellules photovoltaïques sont quasiment exclusivement produites en Chine,  (un peu en Corée et au Japon).

On retrouve d’ailleurs quelques autres entreprises asiatiques de référence tels LG (Corée) ou Panasonic (Japon).

Les panneaux solaires et les Gaz à Effet de Serre.

La fabrication en Asie implique un long transport. Double peine donc.

L’énergie en Chine est majoritairement carbonée (méchamment même, car la majorité des centrales électriques en Chine sont des centrales au charbon). Donc la production de ces panneaux implique des émissions de GES ainsi que leur transport, majoritairement maritime.

Il n’est pas facile de chiffrer toutes les émissions avant utilisation des panneaux photovoltaïques. Heureusement, une fois installés, ils ne nécessitent que peu d’entretien, et surtout, pas de combustible !

Les études sur le rendement GES des panneaux photovoltaïques

Les études d’impact en GES des panneaux photovoltaïques sont rares.

Il faut dire que les paramètres à prendre en compte sont nombreux. Il ne suffit pas de calculer les ressources mises en œuvre pour la production du système, son transport, pour le combustible, l’entretien, l’exploitation, le démantèlement… Cela aurait été trop simple. Pour une centrale thermique, on peut facilement mesurer ou estimer les flux de matières.

Pour le solaire, le rendement dépend de la captation des rayons solaires, de l’efficacité des panneaux, du climat, de la météo, de la latitude, du taux d’usage de l’électricité générée… Les modèles comportent de nombreux paramètres avec des taux de variations importants.

Ainsi, parmi les principaux paramètres, on peut déjà distinguer :

1. La durée de vie : un panneau qui a une durée de vie inférieure à son rendement GES n’a pas de sens d’un point de vue écologique (sauf si on n’a pas le choix, pas d’accès à une autre source d’électricité). C’est-à-dire que si les quantités de Gaz à Effet de Serre induite par la fabrication et le transport sont supérieures à l’économie d’émission réalisée pendant leur usage (par rapport à une électricité produite sur le réseau), le rendement est négatif.
   A noter que l’électricité peu carbonée du fait des centrales nucléaires en France, éloigne le moment où le panneau solaire est plus intéressant que l’électricité du réseau.
   Les études sur ce sujet sont rares. L’Ademe doit se resaisir de ce sujet en 2021, mais par exemple celle-ci estime un rendement des GES compris entre 0,7 années et 11,5 ans suivant le lieu de production du panneau solaire, son usage, son emplacement.
   Si le panneau a une durée de vie de 5 ans et s’il faut 11,5 ans pour amortir sa fabrication et son transport, son usage au seul prisme des GES n’est pas satisfaisant.
2. L’emplacement : la production d’électricité d’un panneau solaire dépend énormément de l’ensoleillement et de l’angle des rayons par rapport aux panneaux. Le soin porté à l’installation est donc capital. En France, pour un même panneau, suivant la région et leur orientation, la production potentielle va du simple au triple.
3. Le taux d’usage : Un peu comme pour les voitures électriques et l’énergie primaire à l’origine de l’électricité (on repousse le tas de sable, voire on le fait grossir lorsque l’électricité qui recharge les batteries est produite à partir de charbon, par exemple), un panneau photovoltaïque a du sens lorsqu’on… l’exploite. C’est-à-dire qu’on utilise toute l’électricité produite. Si on met son panneau à l’ombre, vertical au soleil, ou que les besoins sont nocturnes… autant chauffer un espace ouvert au fioul.

Donc pour mesurer le rendement en GES (quantité de gaz à effet de serre nécessaire à la production et au transport), il faut prendre en compte énormément de variables, très aléatoires suivant les usages.

Mais pour faire simple. Nous dirons que pour amortir le plus rapidement possible un panneau il faut :

• bien l’orienter et si possible l’orienter en fonction de l’emplacement du soleil
• utiliser sans stockage le maximum d’énergie produite. En effet, le stockage est majoritairement réalisé sur batteries, avec un impact en GES et en ressources importants avec une durée de vie limitée. L’utilisation de batterie réduit le rendement GES des panneaux.

On retient parfois des chiffres compris entre 30-80 g de CO2/kwh produit par panneau solaire (mais cela dépend énormément de la durée de vie du panneau, en doublant sa durée de vie, on divise par deux la quantité de CO2 par kWh. Les panneaux sont garantis 25 ans pour les meilleurs et ont une espérance de vie de 40 ans. Nous obtenons ainsi un grammage de CO2/kWh bien inférieur à ces 30-80g sur des durées dépassant 20 ans). 

A titre de référence, l’électricité d’origine nucléaire en émet entre 12 et 66 g/kwh (émissions liés à l’extraction, la construction, l’entretien des centrales et leur démantèlement, fourchette à partir de différentes études), 950 g/kWh pour une centrale au charbon, et 350 g/kWh pour une centrale au gaz.

Autant dire que le niveau d’émission reste acceptable en comparaison des autres sources électriques, à condition de bien utiliser le panneau.

Rentabilité financière

Comment calculer la rentabilité financière des panneaux photovoltaïques ?

Le calcul du rendement financier est généralement ce qui incite les particuliers à sauter le pas. Il dépend, comme déjà mentionné, de l’orientation des panneaux, du taux d’ensoleillement annuel, de la qualité des panneaux (durée de la garantie, durée de vie estimée), de l’orientation et… dans le cas d’une installation sans stockage, de la quantité d’électricité produite consommée.

Il faut savoir que le coût des installations a quasiment baissé de 80% en 10 ans alors que le coût de l’électricité a augmenté de 50%. La tendance va donc vers une rentabilité financière plus importante et sur un retour sur investissement plus rapide.

Des stratégies d’usage différentes

Nous pouvons différencier 5 stratégies différentes :

• le profil “financier”, qui revend toute sa production. La rentabilité se calcule sur les bénéfices liés à la revente de cette électricité
• le consommateur qui revend son surplus
• celui qui auto-consomme toute sa production
• celui qui stocke la production non consommée (pour viser une forme d’autonomie)
• et enfin, le consommateur qui génère une cagnotte d’électricité non consommée en la réinjectant sur le réseau (c’est ce qu’on appelle le “stockage virtuel”). Cette cagnotte pourra venir en déduction de l’électricité achetée sur le réseau. On économise ainsi l’investissement et le dimensionnement de batteries à durée de vie limitée qui rendent la rentabilité de l’installation électrique plus difficile à atteindre.

Le coût d’une installation est très variable. 

Il y a un palier de puissance qui fait basculer certains coûts et contraintes administratives : les 3 kWc.

(note le Wc ou Watt crète est la puissance théorique d’un panneau solaire dans les conditions optimales).

Nous n’allons pas étudier chacune de ses stratégies ici. Nous les aborderons dans de prochains articles. Les calculs ne sont pas très complexes mais les hypothèses à prendre en compte sont nombreuses.

Pour simplifier, voici une carte qui estime la production d’électricité photovoltaïque par kWc installée :

*Source PGVIS/European Commission

Pour estimer la capacité de production photovoltaïque de panneaux solaires, on peut diviser le territoire français en 4 grandes zones géographiques :

• Le Nord Est assure, en moyenne, une production annuelle de 900 à 1 100 kWh / kWc
• La diagonale partant de la Bretagne à la Haute-Savoie, permet une production moyenne comprise entre 1 100 et 1 200 kWh / kWc
• Le Sud-Ouest à la partie nord du Rhône-Alpes garantit une production annuelle comprise entre 1.200 et 1.30 kWh / kWc
• Le Sud permet une production moyenne comprise entre 1.300 et 1.600 kWh / kWc et parfois plus.

Il faut ensuite pondérer ce chiffre selon l’inclinaison et l’orientation des panneaux.

Des offres prometteuses

On trouve couramment des installations de 3kWc pour 7000 TTC (hors prime, installation comprise) promettant des économies sur sa facture de l’ordre de 750€/an. Cela représente à peu près 4100 kWh annuel. Nous voyons ici qu’il s’agit d’une estimation dans des conditions assez optimales 1500 kWh/kWc. L’installation s’amortit donc en environ 10 ans. 

Ensuite vous avez au moins 10 ans d’électricité gratuite.

Les primes d’état viennent rendre encore plus attractive cette offre (jusque 2500 € suivant la taille de l’installation)..

On peut trouver des prêts bancaires qui correspondent à un remboursement équivalent au montant de sa facture sur une durée équivalente. C’est-à-dire que sans effort sur son épargne, on peut financer son énergie de dans 10 ans pour au moins 10 ans. 

Dans le meilleur des cas. 

Car cela implique que l’on consomme toute sa production. 

Ce qui est rarement le cas sauf à se plier à quelques contraintes horaires pour faire tourner ses machines, chauffer l’eau chaude sanitaire, et en espérant qu’il fasse un peu beau tous les jours.

Il y a quelques incertitudes sur les simulations des vendeurs d’installation clé en main.

J’en conclus qu’aborder le photovoltaïque pour sa consommation avec le seul argument financier n’est sans doute pas le bon angle. Il faut aussi être fortement sensibilisé à sa consommation.

Bien sûr, on peut revendre l’électricité produite non consommée. Mais cela implique tout de suite un investissement élevé. Et il est plus rentable de consommer ce qu’on produit plutôt que de la revendre. (On revend à environ 10ct le kWh quand on l’achète à 18cts).

Des installations légères de panneaux photovoltaïques pour s’initier.

Il existe d’autres types d’installations, plus légères.

On trouve des kits relativement facile à installer. Pour quelques centaines d’euros, vous pouvez acquérir un ensemble comprenant panneau+micro onduleur+éléments de raccord à son installation et outil de mesure de sa production.

Si l’installation fait moins de 3kWc et est posée au sol (au-delà de 1,80 m de hauteur, il faut faire une déclaration en mairie), il n’y a pas de contrainte administrative lourde.

Ce type d’installation est faite pour l’autoconsommation.

Je trouve cette approche très pertinente pour plusieurs raisons :

• l’installation est aisée (en particulier si vous êtes bricoleur), il faut avoir un peu de terrain bien orienté
• l’investissement est faible (et donc le retour sur investissement rapide)
• on est sensibilisé à sa production et à sa consommation. 

Et c’est ce point qui me paraît essentiel.

Je compare cette approche avec mon utilisation d’une voiture hybride. C’était une Prius (aujourd’hui, je n’ai plus de voiture). Sa principale qualité a été de changer mon comportement en me sensibilisant à ma consommation. Avant, sur une voiture normale, je visais le minimum de temps passé pour un trajet (surtout les trajets longs). Avec cette Prius, je cherchais à consommer le moins possible. C’était devenu un jeu. Tous les indicateurs de la voiture incitent à limiter sa consommation. Et quand on se prend au jeu…

Avec cette petite installation solaire, on se concentre sur son usage car on cherche à utiliser au maximum sa production d’électricité. Et donc, on va prendre conscience de tous les usages électriques que l’on a (moment d’utilisation) et consommation.

Si je demande à quelqu’un combien il consomme de kWh par an, je défie quiconque de me le dire. Et de donner la répartition de sa consommation entre la plaque de cuisson, le four, le réfrigérateur, le chauffage, etc…

Cette petite installation, si vous la prenez au sérieux, vous donnera un éclairage sur votre consommation. Et c’est par les changements d’usages que l’on fera le plus d’économie sur les prélèvements naturels.

Car quelle que soit la source d’énergie, elle nécessite des ressources qu’il faut ménager. Et en ce sens, je rejoins le documentaire d’Arte.

En conclusion

Pas besoin de subvention, le photovoltaïque a des arguments qui se suffisent à eux-même. Mais il faut le faire savoir et développer les bonnes pratiques.

Le photovoltaïque est subventionné. Mais en fait, je pense qu’il n’en a pas besoin. Un bon usage, une installation pertinente suffisent amplement à défendre le système.

Par ailleurs, ces dépenses de l’État subventionnent des importations… Il y a certes des investissements à faire par les pouvoirs publics, mais plutôt pour relancer la filière, les innovations technologiques, les coûts de production.

La technologie est d’ores et déjà fiable, les panneaux robustes. Et la filière de recyclage est très développé en France (les panneaux sont recyclés à hauteur de 94,7%)

PV Cycle, un éco-organisme à but non-lucratif est chargé de la collecte et du recyclage. Je vous invite à consulter leur site.

Alors près à sauter le pas ? Le prochain article traitera de ces petites installations et de leur utilisation pertinente. Un premier pas pour aller plus loin, sans déconvenue, ni investissement irraisonné !

photo : Bruno /Germany de Pixabay