Recyclage et fin de vie des systèmes PV et éolien
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La fin de vie des installations photovoltaïques et éoliennes posent questions. Les installations devenant de plus en plus nombreuses, il convient de savoir comment il faut traiter ces équipements quand ils arriveront en fin de vie.
La fin de vie des installations photovoltaïques et éoliennes posent questions. Les installations devenant de plus en plus nombreuses, il convient de savoir comment il faut traiter ces équipements quand ils arriveront en fin de vie. Peu d’installations sont en fin de vie, car la durée de vie pour les panneaux est de 30 ans et 20 ans pour les éoliennes et l’accroissement grandissant de la filière renouvelable est assez récent. Le nucléaire, l’hydraulique et les centrales thermiques (charbon, fioul gaz) ont longtemps était les principales sources d’énergie en France.
Le recyclage est aujourd’hui en train de se mettre en place, jusqu’à lors la filière était balbutiante, car s’il y a peu de matières à recycler, ce n’est économiquement pas viable à mettre en place.
Les premiers parcs éoliens arrivent en fin de vie (2020-2025) et l’augmentation du nombre d’éoliennes installées laisse prévoir une forte augmentation dans les décennies à venir.
Idem pour le photovoltaïque, le boom pour les particuliers s’est produit en 2000 et l’installation de parcs au sol a été un peu plus tardif. On estime une forte augmentation de la demande à partir de 2030 et un accroissement année après année.
Lorsqu’une installation de production d’électricité arrive en fin de vie (estimée), il existe 3 possibilités :
- continuer d’exploiter le système si celui-ci fonctionne encore. En revanche le tarif de rachat ne sera plus une obligation et celui-ci devra être négocié avec l’acheteur. La solution d’autoconsommation est toujours possible
- faire de « repowering » : remplacer les équipements par des plus récents et en général plus performants. L’obligation du tarif de rachat repart à zéro mais il faut voir si l’augmentation de puissance est faisable (charge sur le réseau, fondations assez robustes, …)
- arrêter l’exploitation du site, ce qui implique de recycler les équipements et de remettre le site en état pour réemploi.
Photovoltaïque
Repowering
Les progrès techniques de ces dernières années ont augmentés considérablement la puissance des panneaux photovoltaïques pour une même surface et les prix ont fortement diminués.
Dans le cas du repowering, il faut donc voir si l’énergie supplémentaire transmise au réseau est possible. Le poids des panneaux n’ayant pas changé, les structures porteuses (toiture, ombrières ou parc au sol) et les surfaces restent inchangés.
Il est toutefois possible pour les parcs au sol d’optimiser la production en intégrant des trackers solaires, ce qui permet aux panneaux d’être constamment face au soleil ce qui augmente leur rendement. Néanmoins, le manque de retours d’expérience ne permet pas de juger sur leur efficacité (hausse du rendement, mais systèmes plus fréquemment en panne).
La durée de vie estimée d’un panneau est de 30 ans bien que des panneaux continuent de produire après cette durée, mais avec des rendements plus faibles (baisse de rendement chaque année). L’obligation du tarif du rachat est de 20 ans non renouvelable pour un même système.
Recyclage
La composition d’un panneau photovoltaïque à base de cellule en silicium cristallin (+ 90 % panneaux installés en France) comprend plusieurs parties. Un ensemble de cellules photovoltaïques (3 à 5 % du poids total) encapsulées dans de l’EVA, un châssis en aluminium (10 à 15 % du poids), une coque arrière en Tedlar et une plaque de verre côté soleil (75 % du poids). La boite de jonction permet de connecter le panneau au réseau électrique.
Contrairement à une idée reçue, aucunes terres rares ne sont utilisées dans la conception de ces panneaux.
En 2019, moins de 5 000 tonnes de panneaux ont été collectés, mais avec l’évolution grandissante du photovoltaïque en France, on prévoit + de 50 000 T en 2030 et 850 000 à horizon 2050 si on se fit aux objectifs que c’est fixé la France.
L’éco-organisme « SOREN » est chargé de la collecte et du traitement des panneaux dans 5 usine de recyclage et plus de 230 points de collecte partout en France (métropole et outre-mer).
La technique par broyage permet de récupérer les différents éléments (verre, métaux, plastiques) pour les renvoyer vers les filières de chacune. Avec cette technique, il est possible de recycler 90 % d’un panneau.
Une usine en Aquitaine permet un meilleur recyclage de 95 % grâce à une nouvelle technique, la délamination, qui permet de découper le panneau en tranches et de séparer la partie en verre du silicium. Cela permet de récupérer la plaque de verre et un procédé chimique sépare les différents éléments de la partie en silicium (argent, silicium, connecteurs métalliques) pour les réutilisés en tant que matières premières pour d’autres produits.
Le verre et l’aluminium qui compose la majeure partie d’un panneau sont des matières recyclages à l‘infini et dont les filières sont déjà présentes.
Aujourd’hui la filière de recyclage se penche sur la question du réemploi des panneaux toujours en capacité de produire de l’énergie et qui pourraientt être utilisés en seconde main pour des applications nécessitant peu d’énergie.
Éolien
Repowering
Concernant les éoliennes, le repowering consiste à augmenter la hauteur du mât et la surface de captage des pales, car le vent est plus stable et plus puissant en hauteur. Cela augmente la puissance de l’éolienne, mais les fondations en béton ne sont plus adaptés ce qui nécessite de les refaire pour soutenir les nouveaux mâts plus grands et plus lourds.
Il est possible de conserver la puissance d’un parc en diminuant le nombre d’éoliennes tout en améliorant la puissance de chacune ou d’augmenter la puissance du parc si le réseau électrique le permet.
La durée de vie d’une éolienne est estimée de 15 à 20 ans. Le tarif d’obligation de rachat est de 15 ans.
Recyclage
Depuis l’arrêté du 12 juillet 2010, complété par celui du 1er juillet 2020, la réglementation française oblige les exploitants des parcs – maritimes comme terrestres – à démanteler ceux-ci une fois qu’ils ont cessé de fonctionner. Le démontage inclut les aérogénérateurs eux-mêmes, les postes et les câbles électriques, ainsi que l’excavation des fondations. Pour cette dernière étape, une exception subsiste cependant : le législateur prévoit que si une étude environnementale démontre l’impact négatif de cette opération, l’exploitant peut laisser une partie de la fondation sous terre. Il doit tout même excaver un mètre sous la surface du sol, une profondeur portée à deux mètres dans le cadre des surfaces forestières.
Selon cet arrêté, au moins 90 % de la masse totale des aérogénérateurs, fondations incluses, doivent être démantelés depuis le 1er juillet 2022, avec l’obligation de réutiliser, recycler ou valoriser les déchets de démolition et de démantèlement ou, à défaut, de les éliminer dans des filières dûment autorisées. Le 1er janvier 2024, ces exigences passeront (pour les nouvelles installations) à 95 % de la masse totale réutilisée ou recyclée.
Une éolienne peut être décomposée en 4 parties :
- les fondations qui représentent plus de 60 % du poids total et sont composées de béton
- le mât qui représente 30 % du poids et est en acier
- la nacelle où sont présents tous les systèmes électriques (générateur, multiplicateur, orientation des pales, orientation de la nacelle, …)
- les pales en alliage de fibres de verre ou de carbone liées par une résine thermodurcissable
- Le béton
Après démantèlement, le béton est concassé puis trié. Ce nouveau matériau, neutre, peut alors être valorisé en granulats pour d’autres bétons ou pour constituer des remblais.
Dans le cadre du renouvellement d’un parc éolien, il n’est pas possible de réutiliser les fondations existantes pour plusieurs raisons techniques. Tout d’abord, l’emplacement des nouvelles éoliennes va différer : les machines étant plus puissantes, la distance entre elles sera plus importante. Même si un emplacement devait être identique, la puissance plus importante de la nouvelle machine demanderait une fondation plus volumineuse. La réutilisation de la fondation existante en l’agrandissant n’est pas envisageable pour des raisons de sécurité, car son vieillissement ne peut pas être calculé.
- L’acier
L’acier est le matériau le plus recyclé au monde : la moitié de l’acier produit en France provient d’acier recyclé. L’acier est recyclable à l’infini, sans perte de ses propriétés.
L’acier des tours des éoliennes vont être fondus dans un four électrique pour constituer du minerai de fer. L’intérêt énergétique du recyclage de l’acier est fort : 3 760 kWh/tonne pour l’acier recyclé contre 6 250 kWh/tonne pour l’acier neuf.
Le Sénat estimait en 2019 que 40 % de l’acier produit en France provenait du recyclage de ferrailles récupérées. Quant au béton, il est recyclé et réutilisé à 78 % dans l’Hexagone, selon l’Union nationale des producteurs de granulats.
- Les métaux
Dans une éolienne, le cuivre et l’aluminium sont surtout utilisés comme matériaux conducteurs de l’électricité, l’aluminium se substituant de plus en plus au cuivre.
Les quantités de cuivre et d’aluminium contenues dans une éolienne sont significatives (environ 2,5 à 5 tonnes par MW), car ce sont des métaux courants dans les installations de production d’électricité.
Le cuivre se recycle à l’infini sans perte de propriétés. L’intérêt énergétique de son recyclage est fort : 5 700 kWh/tonne sont nécessaires pour le cuivre recyclé contre 7 400 kWh/tonne pour le cuivre neuf. Cet intérêt, qui est aussi économique, se traduit par une filière de collecte et de recyclage performante.
L’intérêt énergétique et économique du recyclage de l’aluminium est encore plus intéressant : 2 700 kWh/tonne sont nécessaires pour l’aluminium recyclé contre 43 500 kWh/tonne pour l’aluminium neuf, soit seize fois moins. Là encore, la filière de collecte et de recyclage est performante.
- Les composites
Les pales des éoliennes sont constituées essentiellement de fibres de verre liées par matériaux composites (résines) pour les lier.
La réutilisation des fibres de verre n’est possible que dans la mesure où le procédé de collage/liage l’autorise. Jusqu’à présent, l’emploi de résines thermodurcissables ne permettait pas de séparer après coup les fibres de verre.
En 2023, le brûlage des pales dans des cimenteries est la valorisation la plus répandue. Les pales entrent alors dans la catégorie des « combustibles solides de récupération ». La combustion des pales rejette du CO2 dans l’atmosphère et n’est pas un moyen de valorisation satisfaisant.
La valorisation la moins noble consiste à broyer les pales et à les utiliser comme remblais. S’agissant d’un matériau inerte, cette valorisation ne pose pas de difficultés techniques particulières et n’engendre pas de pollution.
- Innovation pour le recyclage des pales
Le fabricant d’éolienne danois Vestas a mis au point un procédé permettant de décomposer chimiquement l’époxy utilisé dans les pales des éoliennes. Ce procédé consiste à différencier la résine, qui brûle et fournit des calories récupérables, des fibres de verre incinérées. Ces dernières permettent d’obtenir une cendre riche en silice et en carbonate de calcium, susceptible de remplacer une partie du sable et de la craie normalement nécessaire à la fabrication du ciment.
D’autres études sont en cours pour trouver des matériaux permettant de séparer les fibres de verre des résines.
Ces innovations sont toutefois récentes et les pales aujourd’hui en fonctionnement devront être recyclées par combustion ou par broyage.
- Cas des terres rares
Une partie des éoliennes, tout particulièrement en offshore, utilise des terres rares pour les aimants permanents de leurs génératrices. Il s’agit généralement d’éoliennes dites à « attaque directe », qui fonctionnent sans multiplicateur. Les enjeux sur les terres rares sont stratégiques et environnementaux : la Chine est aujourd’hui en situation de quasi-monopole, avec des extractions impactantes pour les écosystèmes naturels en raison de faibles concentrations, donc d’importants volumes à manier.
Le recyclage des pales reste le point le plus problématique concernant le recyclage des éoliennes, mais des solutions commence à voir le jour et la recherche continue de travailler sur le sujet pour permettre une valorisation de l’ensemble des éléments composants une éolienne.