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France. Ministère de la transition écologique et solidaire

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Résumé

<p class="MsoNormal">Le document traite des technologies photovoltaïques, des défis liés aux matières premières et des opportunités industrielles pour la transition bas carbone. Il souligne l'importance de l'argent et du silicium, les risques environnementaux et la nécessité de relocaliser la production en Europe pour améliorer le bilan carbone et créer des emplois.<o:p></o:p></p>

Descripteur Urbamet

énergie ;ENERGIE PHOTOVOLTAIQUE

Descripteur écoplanete

Thème

Environnement - Paysage

Texte intégral

PLAN DE PROGRAMMATION DES RESSOURCES MINÉRALES DE LA TRANSITION BAS CARBONE Le photovoltaïque : choix technologiques, enjeux matières et opportunités industrielles Document édité par : Commissariat général au développement durable Décembre 2020 3 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Présidence du groupe de travail Dominique VIEL Expert matières premières de l?Ademe Alain GELDRON Coordinatrice et co-rédactrice Doris NICKLAUS (CGDD/Service de l?économie verte et solidaire) Co-rédacteurs Stéphane GLORIANT (CGDD/Service de l?économie verte et solidaire) Aurélie LECUREUIL (DGALN/Direction de l?eau et de la biodiversité) Hélène GAUBERT (CGDD/Service de l?économie verte et solidaire) Avec l?expertise du BRGM et du CEA Remerciements Ce rapport a été réalisé sous le pilotage conjoint du Commissariat général au développement durable et de la Direction générale de l?aménagement, du logement et de la nature, avec, en appui, l?expertise technique du Bureau des recherches géologiques et minières (BRGM) et du Commissariat à l?énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Il a été réalisé dans le cadre d?un groupe de travail présidé par Dominique Viel avec l?appui technique de Alain Geldron, expert matières premières de l?Ademe. Des auditions ont également été réalisées. Les auteurs de ce rapport remercient l?ensemble des participants au groupe de travail ainsi que les structures auditionnées pour le temps qu?ils ont consacré à ces travaux et la qualité de leurs interventions. 4 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Liste des participants au groupe de travail Autret Yannick Ministère de la Transition écologique / CGDD Bain Pascal Agence nationale de la recherche (ANR) Beelméon Julie Ministère de la Transition écologique / DGEC Bergeot Laurent Ministère de la Transition écologique / CGDD Béroud Loïc Ministère de la Transition écologique / DGPR Boubault Antoine Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) Bouyer Etienne Commissariat à l?énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) Brisse Romain Agence nationale de la recherche (ANR) Burgun Françoise Commissariat à l?énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) Delporte Vincent Ministère de la Transition Écologique et Solidaire / DGEC Delprat-Jannaud Delphine ANCRE-GP3 D'Hugues Patrick Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) Dion Axel Ministère de l'Économie et des finances / DGE Engelstein Samy Syndicat des énergies renouvelables Gaillaud Jean-François Ministère de la Transition écologique / DGALN Galin Rémi Ministère de la Transition écologique / DGALN Gaubert Hélène Ministère de la Transition écologique / CGDD Gavaud Olivier Ministère de la Transition écologique / DGITM Geldron Alain Expert "matières premières" de l'Ademe Gloriant Stéphane Ministère de la Transition écologique / CGDD Hache Emmanuel IFP Énergies nouvelles (IFPEN) Lassus Jean-Luc Ministère de la Transition écologique / DGEC Laurent Faustine Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) Lécureuil Aurélie Ministère de la Transition écologique / DGALN Lefebvre Gaëtan Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) Marcus Vincent Ministère de la Transition écologique / CGDD Marquer Didier Ministère de l'Enseignement supérieur, de la recherche et de l'innovation Mehl Céline Ademe Mesqui Bérengère France Stratégie Meurisse Bénédicte Ministère de la Transition écologique / CGDD Nicklaus Doris Ministère de la Transition écologique / CGDD Picciani Massimiliano Agence nationale de la recherche (ANR) Pommeret Aude France Stratégie Raimbault Louis ANCRE-GP2 Risler Ophélie Ministère de la Transition écologique / DGEC Tardieu Bernard Académie des sciences et des technologies Vidal Olivier Centre national de la recherche scientifique (CNRS) Viel Dominique Présidente du comité de pilotage "ressources minérales de la transition bas-carbone" Villeneuve Jacques Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) Wallard Isabelle Comité pour les métaux stratégique (COMES) 5 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Liste des entreprises et organismes auditionnés Akuo Energy Certisolis Comité Stratégique de Filière Direction Générale des Entreprises (ministère des Finances) Direction Générale de l?Energie et du Climat (ministère de la Transition écologique) ECM - Greentech EDF Ferropem France Industrie Institut Photovoltaïque d?Ile de France (IPVF) Office Franco-Allemand de la Transition Écologique (OFATE) Photowatt PV Cycle Recom Silia Reden Solar Rosi Solar Sun Power Veolia Voltec Solar 6 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? SOMMAIRE RAPPEL DU CONTEXTE .................................................................................. 7 SYNTHÈSE ........................................................................................................ 8 INTRODUCTION............................................................................................ 13 I. DE L'EFFET PHOTOÉLECTRIQUE AUX CENTRALES PV : DES COMPOSANTS MULTIPLES AUX PROPRIÉTÉS PLUS OU MOINS SPÉCIFIQUES ............................................................................. 15 II. LE DÉVELOPPEMENT ATTENDU DE L?ÉNERGIE PHOTOVOLTAÏQUE, INDISPENSABLE À LA TRANSITION BAS CARBONE, AURA DES CONSÉQUENCES IMPORTANTES SUR LA DEMANDE EN RESSOURCES MINÉRALES ........................................... 19 III. ANALYSE DU SECTEUR DU PV : CHOIX DES TECHNOLOGIES À RETENIR ET IDENTIFICATION DES MATIÈRES CLES ASSOCIÉES .... 23 IV. DANS LA DÉCENNIE À VENIR, LES ENJEUX « RESSOURCES » DU PV SERONT PRINCIPALEMENT DÉTERMINÉS PAR LES TECHNOLOGIES CRISTALLINES ET LEUR ÉVOLUTION ......................... 39 V. QUELLE PLACE POUR LES ACTEURS FRANÇAIS ET EUROPÉENS SUR LE MARCHÉ DU PHOTOVOLTAÏQUE ? ................ 63 VI. RECOMMANDATIONS ........................................................................... 81 GLOSSAIRE ..................................................................................................... 92 ANNEXES ........................................................................................................ 93 7 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Rappel du contexte L'action 5 de la feuille de route sur l'économie circulaire d?avril 2018 prévoit que le ministère chargé de l?écologie « engagera sur la base des travaux du comité pour les métaux stratégiques (COMES) et du premier plan national des ressources, un plan de programmation des ressources jugées les plus stratégiques en l'accompagnant d'une politique industrielle ambitieuse de valorisation du stock de matières, en particulier pour les métaux critiques, contenues dans les déchets ». C?est dans ce cadre que la secrétaire d?État à l?Écologie, Madame Brune Poirson, a lancé, le 22 février 2019, les travaux d?élaboration d?un plan de programmation des ressources minérales de la transition bas carbone. En effet, pour construire les infrastructures énergétiques indispensables à l?atteinte des objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre qu?elle s?est fixés, la France est amenée à mobiliser davantage de ressources minérales, dont certaines peuvent être critiques. Ce constat est aujourd?hui largement partagé comme l?attestent les travaux du groupe international des experts sur les ressources, de la Banque mondiale, de la Commission européenne, et, en France, les travaux de l?Alliance Ancre, du Comité des métaux stratégiques (CMS), des académies des technologies et des sciences ou les projets de recherche financés par l?Ademe ou l?Agence nationale de la recherche (ANR). Ce plan de programmation des ressources minérales s?inscrit dans la continuité du plan ressources pour la France publié en juillet 2018, inscrit dans la loi de transition énergétique pour la croissance verte. Celui-ci recommande d?améliorer les connaissances sur les besoins en ressources minérales induits par les politiques publiques et tout particulièrement par les politiques climatiques. Les travaux du plan de programmation des ressources minérales de la transition bas carbone portent sur quatre grandes familles de technologies bas carbone : photovoltaïque, stockage stationnaire et réseaux (y compris réseaux intelligents), mobilité bas carbone et éolien. Ces familles ont été retenues car la transition bas carbone va se traduire par une électrification massive de notre économie. Les familles de technologies dans le domaine de la chaleur (solaire thermique, pompes à chaleur, biomasse, géothermie) ne seront ainsi pas étudiées dans ce plan, même si ces technologies concernent des domaines à fort potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Pour chacune des quatre familles de technologies retenues, les travaux ont comme objectif d?identifier et d?apporter des éléments de comparaison des technologies matures ou susceptibles de l'être dans les 10 ans à venir au regard : ? des besoins en ressources minérales qu?elles mobilisent et des enjeux associés, économiques, géopolitiques, environnementaux, sanitaires et sociaux ; ? des opportunités industrielles qu?elles peuvent présenter pour les entreprises françaises sur l?ensemble de leur chaîne de valeur. Ce plan a vocation à éclairer les pouvoirs publics et les décideurs sur les choix technologiques et industriels pertinents pour réussir la transition bas carbone, en identifiant des leviers d?actions permettant de réduire les risques associés aux ressources à mobiliser d'une part, et de mieux exploiter les opportunités industrielles d'autre part. Ces travaux s?appuient sur l'expertise du CEA et du BRGM. Ils associent les experts de différentes structures de recherche et de directions générales de ministères (de la Transition écologique, de l?Économie et des finances, de la Recherche et de l?innovation), porteuses des politiques industrielles et bas carbone. Ils sont enrichis par des auditions d?entreprises impliquées aux différentes étapes de la chaîne de valeur des technologies bas carbone objet des travaux. Le présent document constitue le premier d?une série de quatre rapports thématiques (un rapport pour chacune des quatre grandes familles citées) et d?un rapport de synthèse sur les besoins en ressources minérales de la transition bas carbone. Ce rapport porte sur les technologies du photovoltaïque susceptibles d?être mobilisées dans les dix ans à venir pour la transition énergétique française. https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/sites/default/files/FREC%20-%20Plan%20Ressources%20pour%20la%20France%202018.pdf https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/sites/default/files/FREC%20-%20Plan%20Ressources%20pour%20la%20France%202018.pdf 8 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Synthèse L?énergie photovoltaïque est devenue une des sources les plus compétitives de production d?énergie renouvelable dans le monde. Elle est donc amenée à jouer un rôle majeur dans la transition bas carbone. Le développement attendu pourrait conduire à installer, chaque jour, 1,4 million de modules dans le monde, dont 25 000 en France. Même si ce développement va mobiliser une grande diversité de matières premières minérales, les risques économiques, environnementaux et sociaux associés au déploiement des modules PV sont limités. Au regard de la part significative du PV dans la consommation de l?argent, du silicium métal ou encore du tellure, le déploiement du PV aura un impact significatif sur la demande de ces métaux. L?ampleur de cette demande dépendra des technologies PV utilisées et de leurs évolutions (évolution du rendement énergétique par unité de surface, évolution du contenu en matière des équipements, développement ou non d?un recyclage de haute valeur ajoutée, ?). L?argent et le silicium métal doivent faire l?objet d?une attention particulière car les technologies qui dominent le marché aujourd?hui et dans les années à venir (technologies dites cristallines) les mobilisent en quantité importante alors même que ces matières ne sont aujourd?hui pas récupérées dans les modules en fin de vie. Même si, comparativement aux énergies fossiles, l?énergie PV présente un très bon bilan carbone, celui-ci pourrait être amélioré de façon significative en relocalisant la chaîne industrielle de production des panneaux en Europe et en recyclant les importantes pertes de matières qui se produisent au cours des différentes étapes de leur production. En effet, les procédés de transformation du silicium sont très énergivores : la localisation d?une part importante de la production dans des pays où l?énergie est majoritairement produite à partir de charbon et/ou de pétrole (notamment en Chine) et les importantes pertes de matières, en particulier de silicium, le long de la chaîne de valeur dégradent le bilan carbone de la fabrication des modules PV. Pour les autres matières (béton, métaux de base, aluminium, cuivre, métaux entrant dans la composition des équipements électroniques de plus en plus utilisés pour optimiser le rendement énergétique des systèmes PV), les risques économiques, environnementaux et sociaux liés au déploiement du PV sont davantage déterminés par l?évolution des besoins des autres secteurs. Une vigilance particulière doit donc être accordée aux matières confrontées à une augmentation de la demande de plusieurs secteurs. C?est notamment le cas du cuivre et, dans une moindre mesure, de l?aluminium. Les cas du cadmium et du plomb sont particuliers. Le cadmium est mobilisé par la technologie dite en couches minces qui, bien que peu mobilisée au niveau mondial, est plus largement utilisée en France du fait de son bilan carbone avantageux. Le plomb est susceptible d?être utilisé dans certaines technologies d?avenir prometteuses. La gestion de ces métaux lourds, toxiques, même utilisés en petite quantité, doit obéir à des exigences environnementales et sanitaires strictes, en particulier aux étapes amont (extraction et première transformation) et aval (gestion des produits en fin de vie qui les contiennent) de leur cycle de vie. Leur traçabilité doit ainsi être assurée tout au long des différentes étapes de transformation. Le risque direct sur la disponibilité des ressources minérales non transformées pour la production des modules apparaît aujourd?hui limité pour les industriels français comme pour ceux de l?Union européenne en général. En effet, ceux-ci s?approvisionnent principalement en produits finis et semi-finis (cellules, modules, cadre d?aluminium, pâte d?argent métallique?). Ce constat n?inclut pas les ressources minérales utilisées dans les composants tels que les onduleurs et les câbles qui, bien qu?éléments constitutifs d?une installation photovoltaïque, n?ont pas été étudiés dans le présent rapport. Ils seront étudiés dans un rapport ultérieur portant sur « le stockage stationnaire et les réseaux y compris intelligents » prévu pour mi-2020. Des risques indirects, sur les produits finis et semi-finis, ne sont cependant pas à exclure pour l?équipement de la France ou celui de l?Union européenne (par exemple pour l?argent). En outre, pour des raisons éthiques et économiques (perte de réputation), il devient de plus en plus difficile de se désintéresser de l?origine des ressources minérales qui entrent dans la composition des produits finis et semi finis importés. Ainsi, le caractère responsable de la filière d?approvisionnement devrait être vérifié, quelles que soient les filières de production et de transformation des ressources. Cependant, la traçabilité des ressources minérales qui entrent dans la composition des produits finis ou semi-finis est souvent difficile à établir lorsque les 9 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? chaînes de valeur sont mondialisées. Produire ces matières de façon responsable sur le sol français ou européen constituerait un moyen efficace pour assurer cette traçabilité. Hormis le segment de l?extraction de certaines matières premières et des équipements, les acteurs du PV français se concentrent sur les activités non industrielles, à l?aval de la chaîne de valeur du PV : développement, installation, maintenance. Ces activités concentrent aujourd?hui l?essentiel des emplois et de la création de valeur ajoutée dans la filière PV en France. La France ne compte plus que quelques rares acteurs industriels qui peinent à être compétitifs par rapport à leurs concurrents étrangers, notamment asiatiques, et particulièrement chinois et ce, malgré l?intégration d?un critère carbone dans les critères de sélection des projets PV qui bénéficient d?un soutien financier de l?État. La situation est la même pour les acteurs européens, confrontés eux aussi à la concurrence asiatique : depuis 10 ans, l?Europe connaît une perte importante d?emplois et de valeur ajoutée dans les segments industriels de la filière PV. Ainsi, la valeur ajoutée industrielle du PV est aujourd?hui principalement créée à l?étranger ainsi que les emplois qualifiés associés, avec comme corollaire des modules au bilan carbone en moyenne élevé. Si cette situation perdure, ni la France, ni l?Europe, ne pourront profiter des opportunités industrielles liées à la mise sur le marché de milliards de modules cristallins dans les décennies à venir. Par ailleurs, pour un pays comme la France qui dispose d?un mix électrique peu carboné, il y a un réel risque que le déploiement du PV ne permette pas d?améliorer substantiellement le bilan carbone de la production d?électricité. Les faiblesses de la filière industrielle française (et européenne) du PV menacent également la recherche qui demeure, pour l?instant, performante, notamment grâce à des liens solides entre la recherche-développement publique et l?industrie (des laboratoires de recherche français sont à la pointe de l?innovation au niveau mondial). La disparition des acteurs industriels (premières sources de financement de ces laboratoires) et l?absence grandissante de débouchés industriels en France ou en Europe pour ces innovations pourraient faire disparaître cet écosystème, qui pourtant constitue un réel atout dans la compétition mondiale. Le développement d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone est impératif pour maximiser les bénéfices environnementaux de déploiement du PV en France, en Europe et dans le monde. Cet impératif peut constituer une opportunité pour relocaliser en Europe toute ou partie de la filière du PV. Elle n?est réalisable qu?avec une forte implication des industriels et des pouvoirs publics. Plusieurs conditions sont requises pour qu?un tel projet voie le jour et perdure : des acteurs industriels qui se fédèrent autour d?objectifs communs ; des pouvoirs publics qui mettent en place un cadre de régulation favorable à la mise en oeuvre de ces objectifs tout en veillant à maintenir une concurrence par les prix (indispensable pour préserver une dynamique d?innovation et le maintien du tissu de laboratoires de recherche). Un tel projet de réindustrialisation devrait être précédé par des études préalables pour estimer l?impact d?un « made in Europe » sur le coût du kWc et son impact sur la vitesse de déploiement du PV. Forte de son mix électrique très bas carbone, de la robustesse de son réseau de laboratoires de recherche et de ses équipementiers innovants, la France pourrait développer des activités à la fois sur l?amont de la filière PV et sur son aval, notamment vers des produits PV dits de niche qui présentent une réelle opportunité de marché (par exemple pour l?environnement bâti, la mobilité et les applications nomades). Le recyclage à haute valeur ajoutée des panneaux usagés constitue également un segment de la chaîne de valeur qui pourrait être investi par la France. Cette dernière dispose d?atouts pour investir ce segment aujourd?hui orphelin : un éco- organisme, une usine de traitement des déchets de panneaux cristallins usagés et des start-up engagées dans la recherche de solutions innovantes pour recycler, dans des applications à haute valeur ajoutée, les principales matières présentes dans ces panneaux. Le verre, qui peut constituer jusqu?à 90 % du poids d?un module présente de fortes opportunités pour une meilleure valorisation. Aujourd?hui, il est principalement valorisé sous forme de sous-couche routière. Or, une meilleure conception des modules et le développement de nouveaux procédés de recyclage ouvrent la porte à un recyclage dans des applications de type verre pour les bâtiments voire pour les modules PV eux-mêmes. L?ensemble de ces constats conduit à faire les recommandations qui figurent dans le tableau ci-après. 10 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Recommandations Mieux gérer les approvisionnements Recommandation 1 Dans le cadre des travaux du Comité des métaux stratégiques : ? approfondir les connaissances sur l?offre actuelle en argent (métal et sels) ainsi que les usages industriels et la forme sous laquelle l?argent est consommé (métal ou sels) pour favoriser des opportunités de production en Europe. Y intégrer un suivi à moyen et long terme des innovations susceptibles d'ajouter un nouvel usage à l'argent ; ? améliorer la connaissance des ressources et des réserves de silice adaptée à la production de polysilicium pour répondre aux besoins des secteurs du solaire et de la micro-électronique. Porter une attention particulière aux gisements européens. Recommandation 2 Intégrer le sujet de la production d?argent secondaire et plus généralement de la production des métaux de recyclage dans l?enquête annuelle de production de l?INSEE. Développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés Recommandation 3 Lancer des travaux pour établir un cahier des charges « écoconception PV » (module, onduleur, systèmes) dont les piliers seraient : ? la limitation de l?usage des ressources (y compris énergétiques) ; ? la limitation des impacts des procédés de fabrication (efficacité énergétique, consommation d?eau ?) et des matériaux toxiques ; ? l?utilisation de procédés d?assemblage permettant de garantir la séparation des matériaux en fin de vie, la fiabilité et la durabilité. Ces travaux, qu?il conviendra d?articuler avec ceux en cours au niveau européen, pourraient être pilotés par l?Ademe et s?inscrire dans le cadre des travaux du CSF « Industrie des nouveaux systèmes énergétiques ». Recommandation 4 Pousser à ce que la fixation d?objectifs de recyclage portant sur les matières critiques utilisées dans les cellules PV (silicium, argent, tellure) soit intégrée dans les travaux de la directive D3E, lors de sa prochaine révision au niveau européen. Faire de même pour le cadmium, à l?image des exigences fixées par la directive européenne sur les piles et les accumulateurs. Évaluer la faisabilité et l?intérêt d?affiner les objectifs de recyclage dans ce même cahier des charges. Recommandation 5 Soutenir la recherche, le développement et le passage à l?industrialisation de procédés de recyclage de haute valeur ajoutée des panneaux en fin d?usage et protéger les acteurs industriels français et européens porteurs d?innovation en mobilisant le système de protection des PME à caractère stratégique. Évaluer la pertinence de soutenir les mêmes activités pour le recyclage des déchets industriels comme le liquide de découpe et le kerf, les autres déchets de polysilicium (chutes et casses étant déjà largement recyclées). Recommandation 6 Réaliser une étude pour évaluer les risques encourus lors de la gestion des panneaux CdTe usagés, déterminer s?ils présentent ou non un caractère de dangerosité et, au regard des conclusions, recommander les traitements les plus pertinents et les prescriptions associées. 11 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés (suite) Recommandation 7 Réaliser une étude sur la durée d?usage des panneaux en y intégrant un volet parangonnage afin d?identifier ses principaux déterminants. Identifier les leviers d?actions pour allonger la durée d?usage des panneaux et déterminer les coûts et les bénéfices (y compris environnementaux) associés pour en évaluer la pertinence. Recommandation 8 Évaluer, au-delà du gisement relatif aux zones délaissées et artificialisées, le gisement relatif au foncier de l?État propice à l?implantation de centrales photovoltaïques. Diffuser largement, auprès des porteurs de projet et des services déconcentrés de l?État, le guide sur l?instruction des demandes d?autorisations d?urbanisme pour les centrales solaires au sol, élaboré par le ministère de la Transition écologique et le ministère de la Cohésion des territoires et des relations avec les collectivités territoriales. Garantir le déploiement, sur le sol français, de technologies PV de haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques Recommandation 9 Participer activement aux travaux européens sur l?écoconception des systèmes PV. Pour favoriser l?acceptabilité sociale des centrales photovoltaïques, en particulier aux sols, favoriser le développement, en France, d?un affichage du contenu local des projets PV sur la base du volontariat. S?appuyer sur les travaux en cours du CSF « Industrie des nouveaux systèmes énergétiques ». Concernant le bilan carbone simplifié du module : ? engager des travaux pour intégrer le cadre du panneau dans le bilan carbone simplifié du module ; ? évaluer, en vue d?une éventuelle intégration, la part que pourrait représenter le transport final du module jusqu?à la centrale PV ; ? renforcer le caractère discriminant du dispositif d?évaluation du critère « carbone » dans le cahier des charges des appels d?offres de telle sorte à donner un avantage réel aux projets les plus exemplaires en termes d?empreinte carbone. Recommandation 10 Renforcer le pouvoir de contrôle des organismes chargés de contrôler les valeurs des analyses du cycle de vie fournies par les candidats aux appels d?offres. Renforcer les contrôles post-installation, avec par exemple la mise en place de contrôle sur place réalisé par un organisme indépendant et agréé, pour écarter tout risque de fraude et garantir l?effectivité du critère carbone. 12 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Favoriser le développement industriel en France/Europe d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone Recommandation 11 Évaluer l?impact de la mise en place d?un « contenu local » ou de la généralisation d?un « critère carbone » dans les critères des appels d?offres au niveau français et européen sur : ? le prix du PV et sa vitesse de déploiement associé ; ? le contenu carbone des modules ; ? la répartition par technologies. Recommandation 12 Identifier des objectifs susceptibles de fédérer les acteurs industriels européens dans le domaine du PV et soutenir, au niveau européen, la mise en place des outils réglementaires et incitatifs cohérents avec ces objectifs. L?intégration d?un critère « bas carbone » dans les appels d?offres est une piste à privilégier compte tenu de la faible intensité carbone du mix électrique européen. OEuvrer au niveau européen pour faire reconnaître un projet de filière industrielle européenne de PV comme « important project of european common interest », garantissant la possibilité de subventionner ce secteur. Faire reconnaître le droit et l?intérêt de la mise en place d?un « contenu européen » dans les critères des appels d?offres visant le déploiement du PV de sorte à garantir dans la durée la possibilité de subventions aux projets. À défaut, pousser pour étendre à l?Union européenne le dispositif français de prise en compte du bilan GES dans les objectifs de déploiement du PV. Recommandation 13 Orienter massivement la recherche vers le développement de produits PV respectueux du climat, de l?environnement et des ressources naturelles, y compris pour les nouvelles générations de technologies PV dont certaines semblent aujourd?hui particulièrement prometteuses (cellules à base de pérovskite, cellules multijonctions) et assurer le maintien des compétences R&D nécessaires au développement de nouvelles technologies pour les secteurs stratégiques (spatial, aéronautique, défense) et pour accompagner les nouvelles filières (drones, automobile électrique et avion électrique). Recommandation 14 Pour rendre possible un déploiement PV de haute qualité environnementale et bas carbone, et ce, même en l?absence de développement d?une filière européenne avec des acteurs européens : ? développer la valorisation des compétences développées en R&D en maximisant le retour financier, par exemple sous la forme d?un transfert des technologies vers des acteurs non européens pour des implantations d?usine en Europe à travers la mise en place de critères de conditionnalités bas carbone ou contenu européen. En l?absence d?industriels en France et en Europe, les compétences développées en R&D sont néanmoins amenées à disparaître à plus ou moins brève échéance ; ? porter les enjeux associés au développement de produits de haute performance environnementale et bas carbone dans les instances internationales pertinentes (G7, G20, OCDE). Il s?agirait notamment de pousser les acteurs publics et privés à prendre conscience des enjeux environnementaux liés au développement du PV, des leviers pour les réduire, et de partager les bonnes pratiques en vue de susciter des initiatives visant à améliorer le bilan environnemental de ce secteur. Une telle initiative pourrait être particulièrement pertinente dans le cas où des travaux ambitieux sur l?écoconception des systèmes PV seraient engagés au niveau européen. 13 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Introduction Chaque année, la Terre reçoit sous forme de rayonnement solaire l?équivalent de plus de 8 000 fois la consommation énergétique mondiale annuelle. Pourtant, l?énergie solaire ne représente aujourd?hui que 1 à 2 % du bilan énergétique mondial1. Ce paradoxe s?explique par la complexité à capter et à stocker une énergie diffuse et intermittente. L?énergie solaire est exploitée sous deux formes principales : l?énergie solaire thermique et l?énergie solaire photovoltaïque2. L?énergie solaire thermique consiste à utiliser la chaleur issue du rayonnement solaire pour échauffer un fluide. Ce dernier peut ensuite être utilisé soit directement via les panneaux solaires thermiques pour produire de la chaleur (eau chaude pour le chauffage ou eau chaude sanitaire), soit indirectement pour produire de l?électricité (utilisation de vapeur pour faire tourner une turbine) dans les centrales solaires thermodynamiques (aussi appelées centrales solaires à concentration). Le présent rapport se focalise cependant uniquement sur le solaire photovoltaïque. En effet, la production de chaleur ne rentre pas dans le périmètre du plan ressources (voir rappel du contexte) ce qui exclut du périmètre de ce rapport les panneaux solaires thermiques. Les centrales solaires thermodynamiques présentent quant à elles un potentiel de développement très limité3 sur le sol français et ne seront donc pas déterminantes pour la transition bas carbone de notre pays. Après avoir rappelé le principe de l'effet photovoltaïque et les différents éléments constitutifs nécessaires à un système photovoltaïque pour transformer l'énergie solaire en électricité utilisable par l'homme (partie I), la partie II illustre par quelques chiffres l'extraordinaire bond en avant accompli par le photovoltaïque, que ce soit au niveau national, européen ou mondial. Une fois présentées les principales technologies mobilisables pour la transition énergétique française, la partie III identifie les technologies à analyser et montre la diversité des matières et matériaux-clés mobilisés par le photovoltaïque. Nombre de ces matières et matériaux sont par ailleurs utilisés par toutes les technologies, énergétiques ou non. La partie IV décrit les matières spécifiques à chacune des technologies retenues ainsi que les risques économiques, environnementaux et sociaux associés à chaque étape de la chaîne de valeur, lorsque les données sont disponibles. Chaque risque peut être un facteur limitant pour la technologie concernée. La partie V explore les opportunités industrielles européennes en approfondissant le cas de la France, lorsque cela est pertinent. La partie VI présente, sous forme de recommandations, des leviers pour réduire les risques et exploiter les opportunités industrielles précédemment identifiées. 1 Source: BP Statistical Review of World Energy 2019 ? 68th edition. 2 Consiste à transformer directement en électricité les photons émis par le soleil et contenus dans la lumière. 3 De telles centrales nécessitent en effet des conditions d?ensoleillement que l?on ne trouve que dans les régions proches de l?équateur. 14 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 15 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? I. De l'effet photoélectrique aux centrales PV : des composants multiples aux propriétés plus ou moins spécifiques 16 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? A. L?effet photoélectrique ou comment convertir l?énergie lumineuse en énergie électrique L?effet photoélectrique permet, en utilisant des cellules photovoltaïques, de transformer en électricité les photons émis par le soleil et contenus dans la lumière. La maximisation de cet effet photoélectrique repose sur les propriétés physiques des semi-conducteurs. Une cellule photovoltaïque est constituée d?un semi-conducteur « dopé » différemment selon les faces : ce dopage consiste à insérer des impuretés en petites quantités afin d?induire un excès d?électrons (matériau dit « dopé N » comme négatif) ou un déficit d?électrons (matériau dit « dopé P » comme positif). La mise en contact de la zone dopée N avec la zone dopée P crée une « jonction » et un champ électrique. La figure 1 présente le fonctionnement schématique d'une cellule photovoltaïque. L?exploitation de l?effet photoélectrique pour la production d'électricité nécessite plusieurs autres composants (module, panneau, mais également éléments de structure, onduleur et connectique), faisant tous appel à des ressources minérales plus ou moins spécifiques (cuivre, argent, aluminium, etc.). Figure 1 : fonctionnement schématique d?une cellule PV Source : tpe.photovoltaïque.free.fr Quand le rayonnement solaire est absorbé, l?énergie lumineuse des photons est transmise aux électrons des semi-conducteurs. Ces derniers sont arrachés aux atomes et créent des « trous ». Sans l?existence du champ électrique créé par la jonction, ces électrons se recombineraient avec les « trous » et disparaîtraient. Grâce à ce champ électrique, les trous et les électrons sont séparés et dirigés vers les zones de collecte de part et d?autre de la cellule. Les électrons, cherchant à se recombiner avec les trous, sont contraints de se déplacer dans un circuit extérieur : ce déplacement d?électrons n?est autre que de l?électricité. Pour produire le plus possible d?électricité, l?enjeu est de maximiser la collecte d?électrons et d?éviter les recombinaisons trous-électrons. Ceci est possible grâce au traitement spécifique des surfaces de cellules, via l?utilisation de certaines matières en très petites quantités. 17 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? B. De la cellule à la centrale photovoltaïque 1. LA CELLULE Constituant de base d?un système PV, la cellule photovoltaïque peut être vue comme un empilement de matériaux : ? la couche active, constituée du semi-conducteur, qui absorbe le rayonnement solaire et où se déroule l?effet photoélectrique (voir ci-dessus) ; ? les contacts métalliques avant et arrière, qui sont les électrodes chargées de collecter le courant généré ; ? des couches supplémentaires : antireflet, matériaux permettant une meilleure absorption de la lumière ou participant à une meilleure collecte des électrons (couche de passivation). Ce qui différencie une technologie PV d?une autre, c?est principalement la nature du semi- conducteur. La principale famille technologique présente au stade industriel utilise des cellules fabriquées à partir de silicium cristallin. L?autre grande famille utilise des cellules fabriquées à partir de semi-conducteur inorganique, tellurure de cadmium (CdTe) ou cuivre/indium/gallium/ sélénium (CIGS), encore appelées génériquement cellules couches minces4 (voir partie II). D?autres technologies existent, comme les cellules à base de pérovskite ou les cellules à base organique, mais ne sont pas encore industrialisables ou sont réservées à des usages restreints. 2. LE MODULE La cellule photovoltaïque est de petite dimension (en général un carré d?environ 15 cm de côté) et ne produit qu?une faible puissance électrique, 1 à 5 W avec une tension de moins d?un volt. Pour produire plus de puissance, il est nécessaire d?assembler ces cellules en module. Un module est en général constitué de 60 cellules (des modules à 72 cellules sont de plus utilisés), connectées en série et en parallèle, pour une superficie d?environ 1,6 m2. Un module est composé de plusieurs couches. Tout d?abord, les cellules sont interconnectées les unes aux autres et forment la couche active. Les cellules (n°5 sur le schéma de la figure 2) sont « encapsulées » dans des couches « molles » de protection en polymère (n°4 sur le schéma). Le tout est assemblé entre une face arrière le plus souvent en polymère ou en verre (n°6 sur le schéma), sur laquelle est collée une boîte de jonction et une face avant en verre ultra transparent (n°3 sur le schéma). Enfin, le plus souvent un cadre en aluminium assure la rigidité et la maniabilité de l?ensemble (n°1 et 2 sur le schéma), mais il existe des modules sans cadre. 4 Cette appellation provient de la moindre épaisseur des cellules couches minces (quelques microns) comparativement à celle des cellules au silicium cristallin (200 microns). Figure 2 : constitution d?un module PV Source : CEA 18 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. LE MODE D?INSTALLATION DE LA CENTRALE Les panneaux PV sont constitués d?un ou plusieurs modules et de ses éléments de fixation5. Une centrale PV désigne un ensemble de panneaux. Les panneaux peuvent être installés de multiples façons (figure 3) : au sol, avec ou sans tracking, en toiture, sur plan d?eau? Si des structures de support sont toujours nécessaires, les systèmes de fixation au sol mobilisent une quantité plus importante de matières. 4. L?ONDULEUR ET LES DIFFÉRENTS COMPOSANTS ÉLECTRIQUES A côté du panneau photovoltaïque, élément le plus connu et le plus visible d?une centrale PV, d'autres éléments sont indispensables à la production d'électricité : des organes de protection électrique et un onduleur qui permet de convertir l?énergie électrique continue produite par le panneau en courant alternatif synchronisé au réseau (230 V, 50 Hz pour la France), de nombreux câbles électriques pour relier les modules à l?onduleur et pour relier l?onduleur au réseau électrique. Tous ces éléments mobilisent, en quantités variables, une grande diversité de matières (ressources minérales mais aussi plastiques). L?étude des besoins du PV en ressources minérales doit intégrer l?ensemble des composants d?un système photovoltaïque. Le présent rapport s'est focalisé sur les matières nécessaires à la réalisation de l?effet photoélectrique, spécifiques à chaque technologie. Ces matières vont permettre d'établir les différences entre les technologies PV mobilisables pour la transition énergétique. Néanmoins, une revue des matières non spécifiques, sur lesquelles peut peser le PV, a été réalisée. Elle a comme objectif d?identifier des matières pour lesquelles une forte demande est attendue dans d?autres secteurs que le PV, et donc porteuses de risques. Elles feront l?objet d?une analyse dans les rapports à venir. 5 Les notions de module et de panneau sont souvent confondues. Source : ministère de la Transition écologique Figure 3 : divers modes d?installation des centrales PV 19 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? II. Le développement attendu de l?énergie photovoltaïque, indispensable à la transition bas carbone, aura des conséquences importantes sur la demande en ressources minérales 20 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? A. Un développement très rapide du photovoltaïque depuis la fin des années 2000 mais toujours une faible part dans le mix électrique mondial Depuis 2009, le marché mondial du photovoltaïque connaît une croissance accélérée, passant de 7,7 GWc6 de capacité annuelle installée en 2009 à environ 106 GWc en 20187, soit une multiplication par 15. Initialement localisées en Europe, les capacités photovoltaïques installées dans le monde se sont déployées aux États-Unis, au Japon et en Chine, et plus récemment en Inde. Fin 2018, la capacité mondiale cumulée installée s?élevait à 505 GWc, dont un peu plus du tiers en Chine et un quart en Europe. Cette croissance exponentielle des capacités installées n'a pas conduit à une augmentation substantielle de la part du photovoltaïque dans la production électrique mondiale, qui était de 3 % en 2018. Cela est dû à l?augmentation, en parallèle, de la consommation mondiale en électricité. Ainsi, la production électrique reste encore largement basée sur les énergies fossiles. B. Une énergie de plus en plus compétitive amenée à jouer un rôle important dans la transition bas carbone Depuis les années 2010, les systèmes PV ont connu une réduction drastique de leur prix, et ce, quelle que soit la technologie PV concernée. Cette diminution de prix concerne tous les composants du système PV. Elle a été particulièrement marquée pour le module cristallin dont les prix ont été quasiment divisés par 10 entre 2009 et 2019 (passant de 2,15 dollars/Wc à 0,22 dollars/Wc). Cette évolution est due à de multiples facteurs : ? des changements d?échelle dans la production des composants (l?industrie du photovoltaïque est devenue une industrie de masse) ; ? des surcapacités de production ; ? un transfert massif d?une part importante de la chaîne de valeur amont et intermédiaire vers les pays à bas coût de production, notamment la Chine, accompagné de subventions très significatives ; ? des améliorations dans l?efficacité des processus de production : augmentation de la taille des lingots, développement de méthodes de découpe permettant de réduire les pertes matières (découpe au fil-diamant). La baisse des prix devrait continuer (pour les modules, il est attendu une baisse des prix de 33 % dans les quatre prochaines années). Ces évolutions ont permis à la filière PV d?être plus compétitive en termes de coûts et de nombreux pays (dont la France) ont réduit leurs soutiens financiers (tarifs d?achat ou compléments de rémunération8) à ce secteur. Ces soutiens financiers demeurent néanmoins un levier indispen- sable au déploiement rapide et à grande échelle du PV, essentiel à l?atteinte des objectifs climat. De nombreux exercices de modélisation ont été réalisés pour essayer d?estimer les capacités mondiales de PV installées à l?horizon 2030 pour atteindre, à côté de la contribution des autres technologies bas carbone, les objectifs climat de l?accord de Paris. Les résultats de ces exercices s?inscrivent dans une fourchette de 1,4 TWc à 4,5 TWc, soit une multiplication par un facteur compris entre 3 et 9 des capacités cumulées installées en 2018 (505 GWc). Selon le CEA, les capacités totales installées se situeront vraisemblablement dans la valeur médiane de ces deux estimations, soit 2,5 TWc, c'est-à-dire une multiplication par 5 des capacités installées en 2018. Pour atteindre un tel objectif, il faut installer une capacité annuelle de 200 GWc par an (contre 100 GWc par an actuellement) entre 2020 et 2030. 6 Le Watt-crête (Wc) correspond à la délivrance d?une puissance électrique de 1 Watt, sous de bonnes conditions d?ensoleillement, de température et d?orientation. On retrouve également la désignation du watt-crête sous le sigle Wp (de l?anglais Watt-peak). 7 Source : Bloomberg New Energy Finance, Bloomberg New Energy. 8 Voir encadré 1 partie III 21 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. En France, le marché du photovoltaïque suit globalement les mêmes tendances Après une croissance fulgurante du marché entre 2007 et 2011 (passage de quelques dizaines de MWc installés en 2007 à plus de 1,5 GWc en 2011), le marché français a connu un ralentissement important après la baisse substantielle des aides publiques à l?installation de modules PV. Depuis 2012, les volumes annuels raccordés oscillent entre 0,5 et 1 GWc. Les évolutions récentes laissent à penser que la France va désormais figurer parmi les quelques rares pays au monde qui, dans la durée, installent plus d'un GWc par an. Ce déploiement à grande échelle du PV en France a pu se réaliser grâce à la forte baisse des coûts du kWh produit, élément déterminant dans la maîtrise des dépenses publiques de soutien à cette filière. Pour atteindre les objectifs de la programmation pluriannuelle de l?énergie (PPE) créée par la loi de transition énergétique pour la croissance verte, la France devra passer d?une capacité cumulée de 9 GWc en 2018 à une capacité de 45 GWc en 2030, soit multiplier par cinq la capacité totale installée sur son territoire. D. Conclusion Le tableau ci-dessous récapitule l?ampleur potentielle du développement du photovoltaïque à l?échelle mondiale à l?horizon 2030 dans l?hypothèse d?une multiplication par 5 des capacités mondiales installées et à l?échelle française dans l?hypothèse d?une atteinte des objectifs de la PPE. Dans ce dernier cas, cela équivaut à installer 25 000 modules par jour. Si on devait installer l?ensemble de ces modules aux sols, cela conduirait à couvrir de panneaux, chaque jour, six terrains de football9. Cela montre l?ampleur de la progression attendue sur le photovoltaïque. Ces chiffres illustrent l?ampleur du phénomène auquel il va falloir adapter les capacités industrielles mondiales aux différentes étapes de la chaîne de valeur des panneaux, depuis l'extraction et la production des matières premières jusqu?à l?élaboration du produit final. Ils montrent également la vitesse avec laquelle le PV va augmenter ses besoins en ressources y compris énergétiques et la nécessité de veiller à en maîtriser les impacts environnementaux et sociaux. 9 Calcul réalisé sur la base des hypothèses suivantes : surface d?un module de 60 cellules = 1,6 m2 et taille d?un terrain de football = 7000 m2. 22 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 10 Le projet de programmation pluriannuelle de l?énergie prévoit des objectifs de 35,6 à 44,5 GW en 2028. Situation en 2018 Prévision 2030 Capacité annuelle installée en 2018 (GWc) Capacité totale installée fin 2018 (GWc) Croissance 2017-2018 : GWc additionnel % consommation électrique Prévision 2030 capacité totale installée Capacité additionnelle annuelle en GWc/an Accroissement de capacité installée par rapport à 2018 Accroissement du nombre de modules correspondants (*) référence IEA PVPS Snapshot 2019, Spe, IHS IEA PVPS Snapshot 2019, Spe, IHS EA PVPS Snapshot 2019, Spe, IHS EA PVPS Snapshot 2019, Monde : Base case EU : Clean Energy France PPE Hypothèse étude Monde 100 505 25 % 2,6 % 2500 170 Facteur 5 1,4 million par jour UE 9 120 20 % 4,5 % 320 17 Facteur 2,5 140 000 par jour France 0,9 9 10 % 2,2 % 4510 3 Facteur 5 25 000 par jour (*) hypothèse : puissance crête d?un module PV 60 cellules = 330 Wc. Tableau 1 : scénarios d?évolution de la capacité solaire annuelle et totale installée dans le monde, en Europe et en France en 2030, en partant de la situation de 2018 Source : CEA/Liten 23 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? III. Analyse du secteur du PV : choix des technologies à retenir et identification des matières clés associées 24 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? A. Malgré un foisonnement d?innovations, les technologies des cellules cristallines resteront dominantes sur le marché d?ici 2030 1. DEUX GRANDES FAMILLES DE CELLULES PV SE PARTAGENT LE MARCHÉ : LES CELLULES AU SILICIUM CRISTALLIN ET LES CELLULES COUCHES MINCES Il existe une grande diversité de cellules PV car pour chacun de leurs composants, plusieurs variantes existent. Cependant, la distinction la plus importante porte sur les matériaux semi- conducteurs utilisés dans la couche active, ce qui fait apparaître deux grandes familles de technologies PV : ? les cellules au silicium cristallin, pour lesquelles l?élément actif est le silicium ; ? les cellules à base de couches minces, qui ont en commun le procédé de dépôt du matériau semi-conducteur à faible épaisseur sur des substrats variés. (A) Les cellules au silicium cristallin : de plus en plus performantes, de plus en plus sophistiquées Les cellules au silicium cristallin ne constituent pas une seule et même technologie mais une famille de technologies utilisant comme élément de base le polysilicium (silicium purifié, également appelé silicium solaire). La diversité des technologies au silicium résulte de nombreuses innovations aux différentes étapes de la fabrication des cellules et des modules visant à améliorer les rendements et faire baisser les coûts. Une distinction importante est à faire entre les cellules multicristallines et monocristallines, dont le procédé de cristallisation du silicium à l?étape de fabrication des lingots n?est pas le même11. Les cellules monocristallines ont un meilleur rendement, mais des coûts de fabrication plus élevés. D?autres variantes existent selon la méthode d?assemblage des cellules entre elles12, selon le traitement de surface mis en oeuvre sur la cellule pour améliorer la collecte des électrons13, ou selon la présence d?une ou deux faces actives14 (cellules mono- ou bifaciales). Ces variantes visent le même objectif : améliorer le rendement énergétique par unité de surface. Ce foisonnement d?innovations a permis des améliorations incrémentales du rendement des cellules au silicium, passé de 15 à 17 % pour les cellules multicristallines standard et de 18 à 22 % pour les cellules monocristallines les plus sophistiquées. Ces innovations s?accompagnent d?une tendance à la baisse de l?épaisseur de la plaquette de silicium (wafer), ce qui, avec l?amélioration des rendements, conduit à une diminution de la quantité de matières nécessaires pour produire 1 Wc de panneau. Cependant, d?autres innovations, comme les traitements de surface, nécessitent l?ajout de nouvelles matières. Elles sont certes introduites en petites quantités, mais complexifient fortement le recyclage : d?une part, il devient très difficile de connaître le contenu en matières d?une cellule cristalline ; d?autre part, il n?est pas souvent possible, techniquement ni économiquement, de récupérer un nombre important de matières différentes en petites quantités. 11 Voir B de la partie IV. 12 L?interconnexion des cellules se fait de manière standard par soudure, par collage ou par fils minces d?argent. Une technologie récente est d?effectuer l?interconnexion en face arrière uniquement (technologie IBC « Interdigited Back Contact »). 13 Ce sont essentiellement des procédés dits de passivation qui permettent d?éviter la recombinaison des électrons en surface : si classiquement, seule la face avant était passivée (Al-BSF pour « Aluminium Back Surface Field), il est désormais de plus en en plus fréquent de passiver les deux faces (PERC pour « Passivated Emitter and Rear Cell », PERT pour « Passivated Emitter Rear Totally Diffused ») ainsi que les contacts (TOPcon pour « Tunnel Oxide Passivated contacts »). 14 Lorsque la face arrière de la cellule est également active, une partie des rayons du soleil réfléchis par le sol peut être captée. 25 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Une innovation dans le domaine des cellules au silicium cristallin, plus fondamentale car touchant au coeur de la couche active, pourrait ouvrir la voie à des technologies encore plus performantes : il s?agit de l?hétérojonction. Développée il y a une vingtaine d?années mais peu commercialisée en raison de son coût élevé, elle connaît un regain d?intérêt grâce à l?amélioration et à la simplification des procédés de fabrication. L?hétérojonction désigne la mise en contact dans la couche active, non pas de deux zones du même semi-conducteur dopé différemment (homojonction), mais de deux semi-conducteurs différents : le silicium monocristallin et le silicium amorphe15. En favorisant l?attraction des électrons vers les zones de collecte, cette technologie permettrait d?atteindre des rendements théoriques de l?ordre de 23 à 25 %. La mise en oeuvre industrielle de ce procédé est déjà effective mais de manière limitée. Son développement à plus grande échelle aura des impacts sur la consommation de matières puisque la couche active est plus fine et que le silicium amorphe est beaucoup moins énergivore que le polysilicium. (B) Des cellules couches minces moins consommatrices de matières Contrairement aux cellules cristallines dont l?épaisseur est de 160 à 180 microns en standard (voire 100 microns pour les plus fines), les cellules dites « couches minces » sont composées d?une couche de semi-conducteurs de quelques microns, elles sont donc moins consommatrices de matières semi-conductrices. Les principales technologies couches minces industrialisées sont : ? le tellurure de cadmium (CdTe) : technologie « couches minces » la plus répandue, qui présente un coût modéré et l?avantage d?une grande stabilité dans le temps ; ? le cuivre/indium/gallium/sélénium (CIGS) et le cuivre/indium/gallium/disélénide/disulphide (CIGSS) : leur coût plus élevé restreint leur application. Elles sont ainsi utilisées principalement pour des critères esthétiques dans les bâtiments ou des applications qui exigent une certaine souplesse des panneaux ; ? l?arséniure de gallium (Ga-As) dont le haut rendement et le coût élevé conduisent à en réserver l?usage au domaine spatial ; ? le silicium amorphe. Les rendements des technologies CdTe et CIGS sont actuellement de l?ordre de 15-16 %. 2. L?IMPOSANTE DOMINATION DES TECHNOLOGIES AU SILICIUM AU NIVEAU MONDIAL SE RETROUVE AU NIVEAU FRANÇAIS, AVEC QUELQUES NUANCES TOUTEFOIS (A) Une imposante domination des technologies cristallines, avec une montée progressive du monocristallin aux dépens du multicristallin Malgré les prévisions favorables aux couches minces au milieu des années 2000, le marché du PV est aujourd?hui dominé à 95 % par les technologies au silicium (40 % pour le monocristallin, en croissance depuis 2015, 60 % pour le multicristallin). Les technologies du silicium ont même gagné des parts de marché par rapport aux cellules couches minces pour lesquelles la part de marché est passée de 18 % il y a une dizaine d'années à 5 % aujourd?hui. Cette proportion est stable depuis plusieurs années. Cette évolution tient à la conjonction de deux facteurs : d?une part, les rendements des cellules au silicium cristallin ont augmenté plus rapidement que les rendements des cellules couches minces (figure 4) ; d?autre part, les coûts de production des modules ont baissé plus vite pour le silicium cristallin (figure 5). L?avantage sur les prix qu?avaient initialement les technologies couches minces a donc fini par quasiment disparaître. 15 Le silicium amorphe désigne une variété de silicium dans lequel les atomes sont désordonnés et ne sont pas rangés de façon régulière. L?étape de cristallisation n?est pas présente, le refroidissement se fait très rapidement. 26 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Les matières ont joué un rôle déterminant dans ces évolutions compte tenu de leur part dans les coûts de production des cellules et des modules. La baisse des coûts des modules cristallins s?explique par une baisse drastique du coût de production du polysilicium et des procédés de cristallisation. La hausse générale des rendements permet par ailleurs de réduire la quantité de matières nécessaires (essentiellement le polysilicium) pour produire un kWc de panneau16. 16 En quantité globale, mais pas forcément en nombre de matières différentes (voir remarque plus haut). Note de lecture : la technologie AI-BSF correspond à du multicristallin tandis que les technologies PERC/PERT sont en général du monocristallin ; le terme SHJ fait référence à l?hétérojonction ; le terme IBC fait référence à une technologie haute performance où l?interconnexion se fait en face arrière uniquement. Note de lecture : pour toute nouvelle technologie, les coûts sont élevés au démarrage, mais plus on la produit, plus le coût de production diminue, notamment grâce à l?amélioration des procédés de fabrication. Le graphique représente ce phénomène en portant, pour chaque année, le prix de production en ordonnée et la capacité de production cumulée depuis le début de la technologie en abscisse. La pente de chaque courbe mesure donc la rapidité de l?apprentissage. Source : Strategies Unlimited, Navigant, EUPD, pvXchange, IHS, Fraunhofer PSE, Trina Solar, Fisrt Solar, Kersten et al. Figure 5 : les courbes d?apprentissage pour les technologies du PV Figure 4 : rendement des modules en fonction de la technologie des cellules (jusqu?en 2016) Source : CEA, FIST 27 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? (B) Les cellules couches minces, dominées par le tellurure de cadmium, restent très minoritaires au niveau mondial, mais pas en France Au sein des technologies couches minces, seule la technologie CdTe est présente de façon signifi- cative, en particulier dans le domaine des grandes centrales solaires. La technologie CIGS se développe quant à elle sur des applications spécifiques, notamment dans des solutions architecturales pour le bâtiment, mais elle devrait demeurer négligeable en termes de capacité installée. En France, la répartition du marché entre CdTe et silicium cristallin est différente de la situation mondiale du fait de la spécificité du système de soutien public au photovoltaïque (encadré 1). Le critère bas carbone avantage en effet la technologie CdTe car celle-ci est moins énergivore et émettrice de gaz à effet de serre que le silicium cristallin, d?autant que les méthodes de calcul standardisées renforcent ce phénomène. Il en résulte une plus grande part de marché pour les couches minces en France que dans le reste du monde. Encadré 1 : le dispositif de soutien public au photovoltaïque en France En France, le soutien au photovoltaïque est accordé selon deux modes de rémunération : l?obligation d?achat et le complément de rémunération. Ce dernier mécanisme diffère de l?obligation d?achat car il place les producteurs directement face au marché de gros de l?électricité et aux signaux de prix de court terme. Ces soutiens sont accordés selon deux modalités différentes : l?arrêté tarifaire et le mécanisme des appels d?offres du ministère de la transition écologique 17. L?obligation d?achat concerne les installations de puissance comprise entre 3 et 500 kWc tandis que le complément de rémunération concerne les installations de puissance supérieure à 500 kWc. Le montant des aides accordées est fixé par arrêté tarifaire pour les projets photovoltaïques de 3 à 100 kWc et par le mécanisme des appels d?offres au-delà de 100 kWc. Le cahier des charges de l?appel d?offres (élaboré par le ministère de la Transition écologique avec les acteurs de la filière) prévoit notamment des exigences environnementales et industrielles renforcées18. Il fait l?objet d?une notification auprès de la Commission européenne (DGComp). Les candidats proposent un « prix d'achat » et se voient attribuer une note sur 100 points, conformément à une grille précisée dans les cahiers des charges. Cette grille comporte un critère de compétitivité économique, composante principale de la note finale, ainsi que de sobriété en carbone, qui peut aller jusqu?à 30 % de la note, et de pertinence du terrain d?implantation. L?existence du critère carbone incite les opérateurs à privilégier l?utilisation de modules bas carbone, ce qui avantage, à partir du moment où elles restent compétitives sur le plan des coûts, les technologies « couches minces », les modules à haut rendement et les modules cristallins dont les composants les plus énergivores (polysilicium, lingots) ont été produits dans des pays au mix énergétique le moins intense en carbone (Norvège, Taïwan, États-Unis, France?). La répartition globale des installations par technologie n?est pas disponible pour la France. On estime cependant que parmi les candidats aux appels d?offres, environ 20 % d?entre eux utilisent la technologie CdTe19. 17 Le ministère de la Transition écologique définit le contenu des cahiers des charges des appels d?offres et arrête la liste des candidats retenus. La Commission de Régulation de l?Energie (CRE) assure la mise en oeuvre opérationnelle des appels d?offre sélectionne et classe les candidats sur la base de la grille de notation. 18 Appel d?offres portant sur la réalisation et l?exploitation d?installations de production d?électricité à partir de l?énergie solaire « Centrales au sol ». Appel d?offres portant sur la réalisation et l?exploitation d?installations de production d?électricité à partir de l?énergie solaire « Centrales sur bâtiments, serres et hangars agricoles et ombrières de parking de puissance comprise entre 100 kWc et 8 MWc ». Appel d?offres portant sur la réalisation et l?exploitation d?installations de production d?électricité innovantes à partir de l?énergie solaire. 19 Calcul CGDD à partir de CRE, 2019, Coûts et rentabilités du grand photovoltaïque en métropole continentale. 28 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. LE SILICIUM VA CONTINUER À DOMINER LE MARCHÉ CAR L?ÉMERGENCE INDUSTRIELLE D?UNE TECHNOLOGIE DE RUPTURE N?EST PAS ENVISAGÉE AVANT 2030 Depuis plus de 10 ans, la plupart des anticipations sur la part de marché des différentes technologies PV se sont révélées fausses et les prévisions sur l?amélioration des rendements ont été sous-estimées. Même si PV Tech20 prévoit une légère progression des parts de marché des couches minces, qui passeraient de 5 % en 2018 à 8-10 % en 2022, un consensus se dégage sur la prédominance, d?ici 2030, de la famille des technologies au silicium sur les technologies couches minces. Il semble difficile d?imaginer un renversement du marché au profit du CdTe, ne serait-ce que parce que la rareté du tellure (moins de 1 000 tonnes produites par an) ne permet pas d'envisager un déploiement important. Au sein des technologies au silicium cristallin, plusieurs évolutions, dont on a déjà vu les prémices, devraient se poursuivre : ? le monocristallin devrait continuer à gagner des parts de marché pour devenir dominant dès 2020, tandis que la technologie standard multicristalline finirait par disparaître (en 2022 selon PV Tech, 2026 selon International Technology Roadmap for Photvoltaic21) ; ? au-delà de l?amélioration incrémentale des technologies au silicium traditionnelles (homojonction), la montée en puissance des technologies hétérojonction et connexion face arrière (IBC) devrait se poursuivre. Ainsi, d?ici 2030, si les technologies CdTe et silicium cristallin sont destinées à s?améliorer, les technologies de base resteront les mêmes. L?apparition à cet horizon d?une technologie de rupture qui gagnerait rapidement des parts de marché semble peu probable. D?une part, il ne semble pas y avoir actuellement de technologies suffisamment matures pour passer rapidement au stade industriel avec des coûts compétitifs. D?autre part, les investissements réalisés dans la fabrication des cellules au silicium cristallin ont été importants et il s?agit de les rentabiliser. Il est peu probable que de telles capacités soient abandonnées du jour au lendemain au profit d?un nouvel investissement industriel massif. Pour l?après 2030, des technologies de rupture pourraient permettre de passer au-delà du seuil des 25 % de rendement. Parmi les technologies disponibles au stade expérimental, les cellules dites « tandem » alliant silicium cristallin et pérovskite22 semblent être prometteuses (figure 6). Le principe sous-jacent est de capter un spectre de lumière plus large que les cellules simples : en effet, la pérovskite absorbe les radiations bleues du spectre solaire, alors que la cellule photovoltaïque à base de silicium absorbe les radiations lumineuses rouges et infra-rouges. Si théoriquement des rendements voisins de 30 % pourraient être atteints, la stabilité dans le temps et la teneur en plomb d?une cellule à base pérovskite sont des questions encore à résoudre. 20 https://www.pv-tech.org 21 https://itrpv.vdma.org 22 La pérovskite est une structure cristalline : en général une cellule à pérovskite est un hybride organique-inorganique de plomb ou un halogénure d?étain. 29 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Au regard de ce panorama de technologies, le choix a été fait d'approfondir l'analyse sur trois filières seulement : les filières cristallines (compte tenu de la part de marché au niveau mondial et français), CdTe (compte tenu de la part de marché en France), et cellules tandem-pérovskite, technologie de rupture qui, après 2030, a le plus de chances de se concrétiser. Au regard du caractère encore embryonnaire de cette filière, seule une brève analyse des différents enjeux- matières qu?elle soulève sera menée. Les cellules CIGS n?ont pas fait l?objet d?une analyse approfondie. Par le passé, l?accès à l?indium et au gallium a souvent été identifié comme des freins au développement de ces technologies. Il convient néanmoins aujourd?hui de relativiser ce point, en particulier pour le gallium. L?indium et le gallium sont des sous-produits métallurgiques dont les sources de production se sont diversifiées et dont la disponibilité a cru en particulier pour l?indium, avec une production française qui fait figurer la France au 3e rang des producteurs mondiaux. Note de lecture : configuration de la cellule photovoltaïque tandem silicium/pérovskite : la partie à base de silicium comprend les couches a-Si:H/c-Silicon/a-Si:H et la partie à base de pérovskite comprend les couches SnO2/Perovskite/spiro-OMeTAD/MoO3. Les plots d?ITO et la couche inférieure d?argent correspondent aux contacts métalliques Source : S.Albrecht (HZB) Figure 6 : représentation schématique d?une cellule tandem silicium cristallin et pérovskite 30 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie Nom de la technologie Rendement Coût en France23 (en ¤/kWc) Part de marché en 2017 (monde) Part de marché (France) Silicium cristallin Monocristallin 15-17 % 429 33 % Environ 70 % Multicristallin 18-22 % 423 62 % Environ 10 % Hétérojonction 23-25 % Négligeable Négligeable Couches minces Tellurure de cadmium (CdTe) 15-16 % 335 5 % (CdTe majoritaire) Environ 20 % CIGS 15-16 % x Négligeable Ga-AS > 25-30 % x Usage réservé au domaine spatial Usage réservé au domaine spatial Silicium amorphe 9-10 % x En voie de disparition En voie de disparition Cellules-tandem Pérovskite > 25 % x Non industrialisée Non industrialisée 23 Source : CRE, 2019, Coûts et rentabilités du grand photovoltaïque en métropole continentale. Figure 7 : les différentes technologies du PV et leurs variantes (En rouge, les variantes étudiées dans ce rapport) Source : CGDD Tableau 2 : tableau récapitulatif 31 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? B. Le PV mobilise une grande variété de matières, mais seul un petit nombre d?entre elles est spécifique à chaque technologie 1. UNE GRANDE DIVERSITÉ DE MATIÈRES DANS LES MODULES ... Parmi les matières constitutives des modules, il faut distinguer les matières spécifiques à une famille de technologies et celles non spécifiques, présentes dans tous les types de modules. Parmi les matières non spécifiques : ? pour les interconnexions des cellules et les contacts : cuivre, argent, aluminium et selon les cas, pour la pâte de métallisation et les soudures : argent, plomb et/ou étain ; ? pour les modules : verre solaire (qui contient généralement de l?antimoine en faible quantité) et polymères (qui ne sont pas des ressources minérales) ; ? pour le cadre du module : aluminium (des modules sans cadre se développent). Pour les matières spécifiques à chaque famille de technologies, on a : ? pour la technologie silicium cristallin : silicium-métal et indium pour la technologie hétérojonction ; ? pour la technologie au tellurure de cadmium : cadmium et tellure ; ? pour les cellules tandem silicium-pérovskite : silicium-métal et plomb. 2. ? DONT IL EST DIFFICILE DE DONNER UNE COMPOSITION MOYENNE CAR LES ÉVOLUTIONS SONT RAPIDES En termes de quantité de matières par watt-crête produit, il est difficile de donner une composition chiffrée exacte. De nombreuses variantes par technologie, conjuguées à des évolutions technologiques extraordinairement rapides, font que les chiffres deviennent vite obsolètes. Le graphique suivant (figure 8) montre la baisse, au cours des dernières années, de la quantité de polysilicium par panneau, qui résulte de la diminution de l?épaisseur des plaquettes de silicium et du « trait de découpe ». Ce dernier point est majeur : en effet, lors du processus industriel, des lingots de silicium sont découpés en plaquettes, étape au cours de laquelle une grande quantité de matière est perdue sous forme de poudre de sciage (autrement appelée « kerf »). Les pertes peuvent s?élever jusqu?à 40 % du lingot. Le passage progressif à la technique de découpe au « fil diamant » permet de simplifier le traitement de surface des plaquettes et d?obtenir un kerf plus pur, condition préalable indispensable à un recyclage de haute valeur ajoutée (recyclage directement dans les lingots ou pour la production de polysilicium). Figure 8 : évolution de la quantité de polysilicium par Wc de modules Source : CEA-Liten 32 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le tableau suivant donne la composition moyenne d?un module ainsi que celle d?un kWc. Ces chiffres sont à prendre avec précaution du fait des nombreuses variantes et évolutions technologiques. Masse pour un module standard de 60 cellules et 1,6 m2 (kg) % de la masse totale Commentaires Equivalent en kg/kWc Verre 12,8 65,82 45,5 Aluminium 2,6 13,37 Pour une installation au sol, la masse d'aluminium est bien plus importante : 16,8 kg 9,2 Polysilicium 1,13 5,79 4,00 EVA 1,54 7,92 5,47 PET 0,86 4,42 3,05 Polypropylène 0,25 1,29 Pour la boîte de jonction 0,89 Plomb 0,013 0,07 Approximation avec pâte de soudure traditionnelle Tendance : de plus en plus de soudure avec moins de plomb ou sans plomb 0,046 Cuivre 0,250 1,29 Approximation 0,888 Argent 0,0069 0,035 Moyenne entre la donnée de l'ITRPV (0,1g/cellule) et celle du Silver Institute (0,13 g/cellule) 0,0245 Total 19,4 100 69,1 Ces chiffres diminuent au fur et à mesure de l'évolution de l'efficacité matérielle : diminution de l?épaisseur du verre (figure 9), développement de modules sans cadre. Pour l?argent, matière utilisée pour la métallisation et les interconnexions, la tendance est également à la baisse (figure 10), grâce à la mise en place de contacts plus fins, à une substitution par d?autres matières (cuivre) et au remplacement de plus en plus fréquent de la soudure par du collage. Tableau 3 : composition moyenne d?un module standard (installation au sol incluant la boîte de jonction) et l?équivalent en kg / kWc (hypothèse : module de rendement 17,6 %) Source : données moyennées CEA-LITEN, 2019 33 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 9 : évolution de l?épaisseur du verre dans les modules Source : IRTPV, 10ème édition, mars 2019 Figure 10 : évolution de la quantité d?argent par cellule Source : IRTPV, 9e édition, septembre 2018 34 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. LES PERFORMANCES ET LA COMPOSITION MATIÈRES DES AUTRES ÉLÉMENTS D?UNE CENTRALE PV ÉVOLUENT AUSSI RAPIDEMENT (A) L?onduleur : un organe électrique indispensable, de plus en plus sophistiqué L?onduleur se situe entre l?installation PV et le réseau électrique dans lequel est injecté le courant produit. La tension et le courant délivrés par les modules évoluent en permanence en fonction de l?ensoleillement et de la température. Les onduleurs sont donc dotés d?un dispositif qui leur permet de s?adapter en permanence aux panneaux et d?optimiser la production. Encadré 2 : les différents types d?onduleurs Les onduleurs sont définis avec une tension et puissance maximales en fonction du nombre de modules auxquels ils sont raccordés. Lorsqu?ils sont raccordés à un module, on parle de micro-onduleurs (quelques centaines de W). Lorsqu?ils sont raccordés à une rangée de modules, on parle d?onduleurs de chaîne (de 1 kW à 100 kW). Les micro-onduleurs et onduleurs de chaîne sont adaptés à un système décentralisé gérant une partie de l?installation. Au contraire, dans un système centralisé, l?onduleur gère l?ensemble ou une grosse partie de l?installation, on parle alors d?onduleurs centraux (plus de 100 kW voire 100 MW). Le choix du type d?onduleurs dépend de la configuration du site et de critères économiques : les micro-onduleurs sont adaptés aux installations de faible puissance (intégration au bâti notamment) et aux applications spécifiques. Les onduleurs de chaîne sont adaptés à des installations avec des configurations hétérogènes (diverses inclinaisons, diverses tailles de modules et de rangée de modules, variation dans l?ombrage des modules, etc.). Les onduleurs centraux sont quant à eux adaptés à des installations avec configuration homogène. Par ailleurs, les grands parcs sont tenus de participer à la gestion du réseau et il est plus facile de mettre en oeuvre cette gestion avec un nombre limité d?onduleurs. Actuellement, sur le marché européen, 73 % des onduleurs sont des onduleurs de chaîne. Le reste du marché est constitué d?onduleurs centralisés (26 %). Dans un contexte où la puissance des installations PV ne cesse d?augmenter, le recours à des onduleurs de forte puissance est de plus en plus fréquent. Un enjeu principal est l?élévation de la tension afin de diminuer les pertes dans le transport de l?électricité et les coûts d?installation. Les matières principalement mobilisées par les onduleurs sont le cuivre, l?aluminium et l?acier ainsi qu?une quantité toujours plus importante de circuits imprimés. Depuis 10 ans, la masse diminue à iso-puissance : les onduleurs actuels utilisent moins d?acier et de cuivre et les circuits imprimés sont plus petits. Par ailleurs, la masse n?augmente pas de manière proportionnelle avec la puissance : ainsi, plus les puissances sont élevées, plus le ratio kg de matière par kW baisse. L?arrivée d?onduleurs de plus en plus en puissants permet donc elle aussi d?améliorer l?efficacité- matière24. 24 Il est cependant à signaler que ce phénomène peut dans certains cas diminuer l'efficacité énergétique puisque la centrale est gérée de façon globale (à l'inverse des micro-onduleurs qui optimisent le fonctionnement de chaque module). Un arbitrage est donc à effectuer. 35 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Type Interverter, 2.5 kW (old) Average inverter 2.5 kW Average inverter 5 kW Average inverter 10 kW Average inverter 20 kW Unit [kg] [kg] [kg] [kg] [kg] Total weight 18.7 11.2 18.0 28.9 46.2 Copper 5.5 1.9 3.1 4.9 7.9 Aluminim 1.4 5.0 8.0 12.8 20.5 Steel 9.8 0.9 1.5 2.3 3.7 Other individual components 0.3 2.2 3.6 5.7 9.2 Printed board assembly 1.7 1.2 2.0 3.1 5.0 Printed wiring board 0.7 0.3 0.5 0.8 1.4 Cependant, au fur et à mesure du durcissement des réglementations d?injection sur le réseau, les onduleurs intègrent de plus en plus de fonctions permettant de réduire leur impact sur le réseau en cas de forte pénétration des renouvelables (adaptation de la tension et de la fréquence, réactivité en cas de coupure...). Les onduleurs sont ainsi de plus en plus « intelligents » et intègrent une quantité croissante de composants électroniques et de circuits imprimés. L?onduleur devient progressivement un équipement électronique. Comme pour les cellules au silicium cristallin, ces évolutions technologiques induisent l?utilisation de matières de plus en plus diversifiées, souvent en très petite quantité, ce qui complexifie leur recyclage. (B) Une connectique gourmande en cuivre De grandes longueurs de câbles sont nécessaires pour relier les modules entre eux, relier les modules à l?onduleur et connecter l?onduleur au réseau. La longueur nécessaire dépend de la configuration de la centrale et de sa localisation géographique (plus une centrale est isolée géographiquement, plus il faudra de câbles pour la relier au réseau). A côté des polymères (non étudiés dans ce rapport), les câbles contiennent principalement du cuivre, matière fortement sollicitée par toutes les technologies bas carbone. La nature des câbles dépend par ailleurs de la tension : pour une puissance donnée, plus la tension est élevée, plus la section est faible et plus le besoin en matières diminue. (C) Des éléments de structure des systèmes PV Les modules peuvent être installés au sol ou en toiture. Les structures au sol nécessitent davantage de matériaux que les centrales sur toiture. En effet, pour une centrale su sol, il faut une structure métallique (en général acier inox ou aluminium) ainsi qu?un ancrage en béton. Les quantités de matières nécessaires sont variables et dépendent des contraintes topologiques, climatiques, géologiques et réglementaires. Pour les centrales en toiture, plusieurs supports sont possibles mais en général le système d?arrimage est constitué d?un mix de métal et de polymères. Source : IEA PVPS T12 ? Life cycle assessment of low power solar inverters (2,5 to 20 kW), Laure Tshuümperlin, Philippe Stolz, Franziska Wyss, Roll Frischknecht Figure 11 : quantité de matière par onduleur (en fonction de la puissance de l?onduleur) 36 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 4. LES MATÉRIAUX CLÉS DU PHOTOVOLTAÏQUE - RÉCAPITULATIF Matériaux et principaux usages PV cristallin Couches minces CdTe Pérovskites Évolutions susceptibles de se traduire par une modification significative des quantités mobilisées par le PV Polysilicium (cellules) X X Part relative des cellules cristallines dans le marché du PV et son évolution Recyclage à grande échelle des déchets industriels (kerf) Innovations dans les procédés conduisant à utiliser moins de matières par cellule produite (réduction de l?épaisseur des plaquettes, augmentation de la taille des cellules ...) Cuivre (câblage) X X X Part relative centrales aux sols/toitures (câblage nécessaire plus important pour les centrales au sol, notamment lorsqu?elles sont isolées, que pour un bâtiment déjà raccordé au réseau) Cuivre (interconnexion des cellules) X X X Importance de la substitution de l?argent par le cuivre Amélioration de l?efficacité des procédés Argent (interconnexion des cellules) X X X Substitution par le cuivre et l?étain Amélioration de l?efficacité des procédés d?interconnexion Étain (interconnexion) X X X Importance de la substitution de l?argent Efficacité matérielle des procédés Aluminium (cadre de module, supports et structures) X X X Part relative centrales aux sols / toitures : 10,5 kg par m² pour un module au sol contre 1 à 2 kg par m2 pour un module standard monté sur toiture25 Antimoine (pour la production de verre solaire) X X X Quantité de verre utilisée par kWc Verre plat X X (substrat) X Quantité de verre utilisée par kWc (verre biface, épaisseur de la couche de verre...) Substitution par d?autres matières (plastiques) Indium (cellules) X (pour certaines technologies cristallines récemment développées) Part de marché des technologies cristallines hétérojonction Innovations produits Cadmium (cellules) X Part de marché des cellules tellurure de cadmium Diminution des quantités par kWc Evolution des taux de recyclage 25 Source : données CEA Tableau 4 : récapitulatif des matières clés du PV 37 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Tellure (cellules) X Part de marché des cellules tellurure de cadmium Diminution des quantités/kWc Evolution des taux de recyclage Acier (fer, nickel, zinc) (pour les structures) X X X Part relative centrales aux sols/toitures Béton (pour les structures de support du système) X X X Part relative centrales aux sols/toitures Tantale et autres matériaux (circuits imprimés) X X X Evolution des onduleurs et plus généralement de l?électronique 38 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 39 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? IV. Dans la décennie à venir, les enjeux « ressources » du PV seront principalement déterminés par les technologies cristallines et leur évolution 40 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La nature et le volume des ressources minérales mobilisées par le déploiement à venir du photovoltaïque vont dépendre principalement : ? du nombre de kWc installés ; ? de la part relative des différentes technologies mobilisées ; ? des progrès technologiques d?efficacité matérielle et d?efficacité énergétique sur les technologies matures ; ? de la vitesse de renouvellement du parc installé ; ? et, au-delà de 2030, d'innovations de rupture difficiles à anticiper. Les risques environnementaux du photovoltaïque dépendent de la nature et du volume des ressources minérales nécessaires à son déploiement. Ils sont également liés à la localisation géographique des étapes de production des modules et des composants du système, depuis l'extraction des ressources minérales jusqu?à la gestion de fin de vie des panneaux et autres composants. Les risques économiques associés à la consommation de matières sont appréhendés par l'évaluation de leur degré de criticité. Cette analyse est menée en France par le BRGM, pour le compte du ministère de la transition écologique, sur les matières pouvant poser des risques d'approvisionnement pour l'économie française. Cette évaluation prend en compte l'évolution des besoins des principaux secteurs utilisateurs d'une même ressource, et ce aux différentes étapes de la chaîne de valeur. Compte tenu de la diversité des matériaux entrant dans la composition des systèmes PV, il n?a pas été possible de mener une analyse exhaustive et approfondie des risques économiques, environnementaux et sociaux pour chacune des ressources minérales mobilisées par les trois technologies PV retenues. Le travail a consisté à identifier les matières potentiellement porteuses de risques pour le déploiement du PV, puis à sélectionner celles méritant une analyse approfondie. L?identification des matières porteuses de risques s?est appuyée sur l?étude de J. Jean et al26 en 2015 (voir encadré 3 et annexe 1). Cette étude modélise les besoins en matières d?un déploiement du PV, à l?horizon 2050, de 12,5 TWc à l?échelle mondiale. Cette capacité correspond à un taux de pénétration de 50 % du photovoltaïque dans le mix électrique mondial27. Il s?agit d?un scénario maximaliste, justement bien adapté à l?objectif de ce chapitre. Basées sur des données 2005, ces estimations sont globalement majorantes compte tenu de l?évolution des contenus matières depuis cette date. Encadré 3 : l?étude de Joël Jean et al. - Éléments méthodologiques Objectif de l?étude : mettre en lumière les contraintes matérielles pour un déploiement à grande échelle du PV, en estimant les besoins en matières requis pour du PV mono- technologie. Parmi les quatre technologies modélisées figurent le PV cristallin et le PV CdTe. Les estimations menées et principales hypothèses L?étude évalue les besoins en matières pour couvrir 5 %, 50 % et 100 % de la demande mondiale en électricité à l?horizon 2050 avec la production d?électricité PV. L?année 2050 est une date butoir pour les objectifs climat, largement partagés. L?Agence internationale de l?énergie, dans son scénario de réchauffement climatique de 2°C à l?horizon 2050, prévoit une demande mondiale d?électricité de 33 000 TWh. En prenant comme hypothèse un facteur de charge de 15 %, et l?utilisation, par le système électrique, de l?énergie solaire indépendamment de son profil temporel, les 5,50 et 100 % de taux de pénétration du PV dans le mix électrique mondial en 2050 correspondent respectivement à une puissance photovoltaïque installée de 1,25, 12,5 et 25 TWc. 26 Pathways for solar photovoltaïcs, Joël Jean, Patrick R. Brown, Robert L. Jaffe, Tonio Buonassisi, Vladimir Bulovic dans Energy and Environmental Science, 2015. 27 Hypothèse de consommation électrique de 33 000 TWh. 41 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? L?étude évalue tour à tour les besoins en matériaux communs aux technologies PV (plastiques, verre plat, béton, acier, aluminium, cuivre), et les matériaux qui font la spécificité des différentes technologies, et que l?on retrouve dans les cellules (argent et silicium pour les cellules cristallines, cadmium et tellure pour les cellules couches minces CdTe). Le contenu matière des différentes technologies est repris d?un article du département de l?énergie de l?Office de l?efficacité énergétique et des énergies renouvelables des États-Unis de 2005. Les estimations sont basées sur des hypothèses conservatrices de structure des modules. Cela conduit à surestimer les besoins du PV pour bon nombre de matières intégrées dans l?étude du fait de l?amélioration de l?efficacité matières des modules depuis 2005. Les besoins en matières nécessaires pour atteindre respectivement 1,25 / 12,5 / 25 TWc sont ensuite rapportés à la production annuelle de chacune des matières. Ce scénario conduit à identifier 6 matières « à risques » : le silicium métal, l?argent, le cadmium, le tellure, le plomb et le cuivre. Cette liste a ensuite été confirmée par des experts du domaine. Le cuivre, mobilisé par toutes les technologies PV, est massivement utilisé par les autres familles de technologies bas carbone. Il fera l'objet d'une analyse approfondie dans le rapport sur le stockage stationnaire et les réseaux. Les matières retenues pour une analyse approfondie dans le présent rapport sont : le polysilicium et l'argent (pour les technologies cristallines), le cadmium et le tellure (pour les technologies CdTe), le plomb (pour les technologies pérovskites). A. Impact de la croissance du PV sur les ressources minérales 1. UNE AUGMENTATION DE LA CONSOMMATION DE CIMENT ET DE MÉTAUX DE BASE, A FORTIORI SI LES INSTALLATIONS AUX SOLS SONT DOMINANTES Selon l?International ressource panel (IRP)28, il faut 1,5 fois plus de ciment, acier, aluminium et cuivre pour produire un kWh d?électricité à partir du photovoltaïque sur toiture qu?à partir du charbon, quatre fois plus qu?à partir du gaz. Ces chiffres sont doublés lorsque l?électricité photovoltaïque est produite à partir d?installations au sol. 2. L?IMPACT DU PV SUR LA DEMANDE EN ACIER ET EN BÉTON EST FAIBLE, MÊME SI CE SONT LES MATÉRIAUX QUE LE PV UTILISE EN PLUS GRANDES QUANTITÉS Au-delà du type d?installation (sol ou toiture), les quantités de matières mobilisées par le PV dépendent de l?amplitude avec laquelle le PV va se déployer. Pour une capacité cumulée de 12,5 TWc de PV à l'horizon 2050, il faudra 900 millions de tonnes d?acier et 800 millions de tonnes de béton29 (source : Jean J. et al.), soit une quantité moindre d?acier et de béton que celle qui a été produite en 2014. Pour ces deux matériaux, le photovoltaïque devrait donc rester un usage minoritaire par rapport aux autres usages. 28 « Green energy choices: the benefits, risks and trade-offs of low carbon technologies for electricity production », IRP, 2016. 29 L?acier et le béton sont mobilisés par les structures du PV (indispensables pour les centrales aux sols). 42 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. L?IMPACT DU PV SUR LA DEMANDE EN ALUMINIUM ET EN CUIVRE EST SIGNIFICATIF Deux autres matériaux sont utilisés en quantité importante pour les structures du PV : l'aluminium et le cuivre. Pour déployer une capacité cumulée de 12,5 TWc de PV, il faudra mobiliser 100 millions de tonnes d?aluminium et 60 millions de tonnes de cuivre, soit respectivement deux et trois fois la production totale d?aluminium et de cuivre de 2014. Compte tenu de la forte demande en cuivre, métal utilisé en grande quantité dans les autres secteurs de la transition énergétique, des tensions sur le marché du cuivre ne sont pas à exclure. Le cuivre fera l?objet d?une analyse approfondie dans le rapport sur le stockage stationnaire et les réseaux. Outre le béton et les métaux de base, le développement du PV sollicitera des substances minérales spécifiques. Certaines d'entre elles, comme la silice pour le verre, sont communes à toutes les technologies PV. D'autres, au contraire, sont utilisées par l'une des trois technologies PV étudiées. 4. L?IMPACT DU PV SUR LA DEMANDE EN VERRE PLAT POURRAIT ÊTRE IMPORTANT Le verre plat représente, selon les modules, entre 2/3 et 90 % de leur masse. Une capacité cumulée de 12,5 TWc à l?horizon 2050 pourrait mobiliser 626 millions de tonnes de verre plat sur la période 2014-2050 (voir J. Jean et al.), soit plus de dix fois la production mondiale de verre plat de 2014 (et l?équivalent de cinq fois la production de verre, le verre plat représentant 50 % de la quantité totale de verre produite dans le monde). 5. PARMI LES MATIÈRES SPÉCIFIQUES AU PV, L?IMPACT SERAIT PARTICULIÈREMENT MARQUÉ POUR L?ARGENT ET LE TELLURE L?argent, principalement mobilisé pour la production des cellules cristallines, ne représente que 0,1 % au plus de la masse de la cellule et la quantité d?argent utilisée par cellule diminue régulièrement. Néanmoins, le déploiement du photovoltaïque conduit à mettre sur le marché des milliards de cellules. En 2018, avec 8 %, (soit 2 503 tonnes), le photovoltaïque arrive au quatrième rang des usages de l?argent30. D?après l?étude de L. Jean et al., une capacité cumulée de 12,5 TWc de PV cristallin à l?horizon 2050 pourrait mobiliser 0,3 millions de tonnes d?argent, soit 11 fois la quantité totale d?argent produite en 201431. Le silicium métal est le matériau de base de la cellule photovoltaïque cristalline. La production de silicium métal requiert de la silice issue de gisements de quartz particuliers, dont la connaissance reste limitée. 18 % du silicium métal est destiné au secteur du photovoltaïque, soit 0,54 millions de tonnes en 2018. Déployer une capacité cumulée de 12,5 TWc de PV cristallin à l?horizon 2050 mobiliserait 20 millions de tonnes de silicium de qualité solaire sur la période 2014-2050 (voir J. Jean et al.), soit 87 fois la quantité de silicium solaire produite en 2014. C?est l?équivalent de 23 millions de tonnes de silicium métal (soit 9 fois la production de silicium métal en 201432). Le tellure 40 % du tellure est consommé pour la fabrication des panneaux solaires (technologies CdTe). La croissance de la production du tellure dépend du cuivre, dont il constitue un co-produit, et des opportunités technico économiques des producteurs de cuivre à récupérer ces matières. On estime aujourd?hui à 0,065 kg la quantité de tellure récupérable par tonne de cuivre. Les réserves de tellure sont estimées entre 31 00033 et 46 00034 tonnes. 30 L?électronique est le premier secteur utilisateur. La fabrication de bijoux et la production de pièces et de barres constituent les deux autres principaux usages de l?argent. 31 Chiffres à interpréter avec précaution compte tenu de la diminution des quantités d?argent utilisées par cellule. 32 Chiffres à interpréter avec précaution compte tenu de la diminution des quantités de polysilicium utilisées par cellule. 33 Selon l?United States Geological Survey (USGS). 34 Selon le BRGM : il s?agit d?estimations basées sur les réserves répertoriées de cuivre par pays pondérées par la proportion produite par la filière pyrométallurgique en 2017. 43 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Une capacité cumulée de 12,5 TWc de PV (mono-technologie CdTe) serait rapidement confrontée à la disponibilité limitée du tellure (voir J. Jean et al.). Il faudrait en effet 900 fois plus de quantités de tellure que celles produites en 2014. Le cadmium Contrairement au tellure, seule une très faible part du cadmium est utilisée par le PV (1 à 2 %). Le cadmium est un co-produit du zinc. Il dépend donc, comme le tellure, de la production d?une autre matière. On estime à 3 kg la quantité de cadmium récupérable par tonne de zinc et à 500 000 tonnes35 les réserves. Cette estimation n?intègre pas le cadmium contenu dans les réserves de phosphates, qui n?est pas récupéré aujourd?hui. Une revue à la baisse des teneurs autorisées des engrais phosphatés en cadmium pourrait pousser les producteurs de phosphates à produire davantage de cadmium. Une capacité cumulée de 12,5 TWc de PV (mono-technologie CdTe) conduirait à mobiliser 0,4 million de tonnes de cadmium supplémentaires à l?horizon 2050 (voir J. Jean et al.), soit 17 fois les quantités de cadmium produites en 2014. Le plomb Le déploiement de modules pérovskites, technologie encore en cours de développement, pourrait conduire à mobiliser davantage de plomb. Aujourd?hui, le secteur du PV n?est qu?un usager mineur du plomb (1 %). La Chine représente 50 % des 4,5 millions de tonnes de plomb produit. Les autres producteurs, nombreux, sont petits (entre 100 et 500 milliers de tonnes de plomb). Les réserves prouvées sont estimées à un peu plus de 83 millions de tonnes (source : USGS). Un déploiement même considérable de la technologie pérovskite à l'horizon 2050 ne se traduirait vraisemblablement que par un impact très limité sur la consommation de plomb. Par ailleurs, la consommation mondiale de plomb sera amenée à décroître avec l?avènement de la voiture électrique aux dépens de la voiture thermique qui nécessite une batterie de démarrage au plomb. Le silicium métal et l?argent pour les modules cristallins, le cadmium et le tellure pour les modules CdTe et le plomb pour les modules pérovskites ont été retenus comme point d'entrée pour l'analyse de la chaîne de valeur des trois technologies. Une attention particulière a été portée à l?analyse des technologies cristallines. En effet, celles-ci dominent le marché, au moins jusqu?à l?horizon 2030. En outre, les acteurs industriels français encore présents dans la production de cellules sont positionnés sur les technologies cristallines. La chaîne de valeur des cellules couches minces CdTe et des cellules pérovskites a été plus difficile à analyser. Pour les premières, les travaux académiques sont rares, les données peu accessibles et il n?y a pas d?industriel français impliqué dans ces technologies et pour les secondes, la chaîne de valeur est encore émergente. 35 Ces estimations sont faites à partir des réserves mondiales de zinc, sur la base d?un rapport de 1 pour 200 à 400. 44 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? B. Analyse de la chaîne de valeur des 3 technologies PV considérées 1. LES TECHNOLOGIES CRISTALLINES (A) Les principales étapes de la production des modules cristallins La production des modules photovoltaïques cristallins se structure autour des étapes suivantes : L?extraction de la silice (SiO2) : le recyclage du silicium étant quasi-inexistant, la production de silicium métal repose entièrement sur l?extraction de silice (SiO2), que l?on trouve dans le quartz ou la quartzite. Seuls les gisements de quartz d?une certaine qualité (niveau d?impuretés limité) sont adaptés à la production du silicium métal. Peu de données sont disponibles sur les ressources et réserves de ces gisements. La production de polysilicium : la très haute pureté requise pour le photovoltaïque cristallin (> 99,9999 %) est obtenue à l?issue d?un processus chimique complexe et fortement consommateur d?énergie : après avoir produit du silicium métal (>98%), on obtient du polysilicium (figure 13). Selon l?International Energy Agency (IEA), il faut environ 100 kWh pour produire 1 kg de polysilicium, dont 55 kWh pour la seule étape de purification du silicium métal en silicium solaire. Le photovoltaïque et la microélectronique sont les principaux secteurs utilisateurs (respectivement 80 et 20 % des quantités consommées), à la différence près que la micro-électronique requiert un matériau davantage purifié (>99.9999999 %). La production de lingots et leur découpe en plaquettes (ou wafers) : la production des lingots à partir du polysilicium se fait par cristallisation selon deux voies principales dont l?une permet de produire des lingots monocristallins (un unique cristal de silicium) et l?autre des lingots multicristallins (multiples cristaux de silicium). La technologie monocristalline demande du polysilicium de plus haute pureté que la technologie multicristalline. Le lingot est ensuite découpé en fines lamelles (plaquettes ou wafers) dont l?épaisseur varie de 100 à 200 microns. Cette découpe génère une importante émission de poussières de polysilicium, le kerf. Non recyclé, il représente entre 30 et 50 % de pertes de polysilicium dans la production des modules cristallins. Des solutions de recyclage sont cependant en cours de développement en Europe et certaines seraient d?ores et déjà mises en oeuvre en Chine36. La fabrication des cellules photovoltaïques : pour produire la cellule photovoltaïque, les wafers ou plaquettes subissent différentes transformations : décapage, texturation de la surface pour améliorer la collecte des photons, ajout de dopants, dépôt d?une couche anti-reflet à l?avant de la plaque, dépôts de métaux (aluminium, cuivre, argent) pour assurer les contacts électriques. Le dépôt de ces métaux (dont l?argent reste aujourd?hui un composant essentiel) est historiquement réalisé, à l?échelle industrielle, grâce au procédé de sérigraphie (la pâte métallique est imprimée avant d?être recuite à haute température). L?optimisation du procédé de sérigraphie est indispensable pour limiter la masse d?argent imprimée (la quantité d?argent déposée régit le coût final des cellules) tout en veillant à maximiser le rendement des cellules. L?existence de nombreuses variantes pour chacune de ces étapes et leur multiplication conduisent à une diversité de types de cellules : chaque fabricant développe sa propre chaîne de production et mobilise de plus en plus de matières, souvent en petites quantités, plus difficiles à recycler. L?assemblage des modules : les cellules sont ensuite raccordées en chaînes, interconnectées entre elles puis encapsulées (modules). Il s?agit de protéger les cellules du milieu extérieur, de limiter les pertes optiques et les baisses de rendement dues à l?échauffement des cellules en fonctionnement. L?assemblage est un processus totalement automatisé. L?intégration des modules dans les systèmes photovoltaïques : les modules sont couplés à des équipements complémentaires (batteries, onduleurs, disjoncteurs, câbles...) pour qu?ils puissent produire de l?électricité et être raccordés au réseau si nécessaire. 36 Source : entretien avec le SER. 45 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La gestion de la fin de vie des panneaux photovoltaïques : une fois usagés (la durée de vie des panneaux est de 20 à 30 ans), les panneaux sont démantelés (cadre en aluminium, boîtiers de raccordement et câbles de connexion retirés) puis traités mécaniquement par broyage et triés par matériau (dans une unité industrielle située en France). Malgré le taux de recyclage élevé (de l?ordre de 95%), les fractions sortantes de ces étapes n?ont pas une pureté suffisante pour permettre un recyclage de haute valeur ajoutée. Le verre, qui représente en masse la part la plus importante des modules est valorisé en sous-couche routière. La figure 13 schématise les segments de la chaîne de production décrits ci-dessus. Elle synthétise, pour chaque étape, les principales données économiques et géopolitiques disponibles, et les acteurs français impliqués à chaque étape. Elle recense également les principaux flux de matières et d?énergie susceptibles de se traduire par des impacts environnementaux conséquents. (B) Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur des modules cristallins L?analyse de la chaîne de valeur des modules cristallins fait apparaître les éléments suivants : ? d?importantes surcapacités de production au niveau des étapes « polysilicium », « lingots » et « plaquettes », notamment du côté des acteurs chinois ; ? les acteurs chinois dominent la production des modules PV. Cette domination est très marquée dans la production des plaquettes, des cellules et dans l?assemblage des modules où la Chine représente respectivement 90 %, 79 % et 73 %37 des capacités de production. Les entreprises présentes dans le top 10 à chacune de ces étapes sont principalement asiatiques, et surtout chinoises. Cela est frappant au niveau du segment des modules, étape caractérisée par une concentration moins forte du fait d?effets d?échelle moindres (plus de 1 000 producteurs). La seule entreprise non asiatique du top 10 est positionnée dans les couches minces CdTe ; ? une intensité capitalistique particulièrement élevée des étapes de production de polysilicium et de lingots (étapes souvent intégrées). Ce sont les étapes qui demandent le plus d?investissements par kWc et qui présentent le plus gros potentiel d?économies d?échelle. On estime entre 35 et 100 dollars par kg de capacité de production annuelle le coût des investissements. En sachant que les unités industrielles actuelles sont conçues pour produire de l?ordre de 10 millions de kg par an, le coût des investissements pour une unité se situe entre 350 millions et 1 milliard de dollars ; ? la partie aval de la chaîne (intégration) capte de plus en plus de valeur ajoutée, du fait notamment de la baisse spectaculaire du prix des modules ; ? une intégration verticale de plus en plus marquée. La faiblesse des prix de marché dans les segments amont et intermédiaires de la chaîne de valeur (surcapacités de production) ont conduit les entreprises positionnées sur ces segments à capter la valeur ajoutée de l?aval en absorbant les entreprises qui y sont positionnées ; ? un rôle prédominant des innovations de procédé dans la compétitivité coût des acteurs industriels. 37 Source : CEA-LITEN/DTS (2019). 46 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Segment de la chaîne de valeur Capacité de production mondiale (en kt ou en GWc) ou production Part de la production chinoise (y compris taiwanaise) dans la production mondiale Indice de concentration géographique de la production (IHH)38 Concentration de marché (part des 10 plus grosses entreprises dans la production mondiale) Répartition des entreprises du top 10 (2) Silicium métal (2018) (1) 3 000 kt 68 % IHH = 0,48 ---- ---- Polysilicium (2018) 475 - 578 kt (3) 45 % (4) ---- ---- 7 asiatiques (dont 6 chinoises), 2 européennes, 1 nord-américaine Lingots Forte intégration des étapes polysilicium et lingots Plaquettes ---- 90 % (4) ---- ---- 10 entreprises asiatiques (dont 9 chinoises) Cellules 115 GWc 79 % (4) ---- ---- 10 entreprises asiatiques (dont 7 chinoises) Modules 115 GWc 73 % (4) 70 % (plus de 1 000 producteurs) 9 entreprises asiatiques (dont 8 chinoises) (C) La place des acteurs industriels français Le schéma de synthèse de la chaîne de valeur des modules cristallins montre que des acteurs français sont présents à toutes les étapes de la production des modules cristallins, à l?exception du polysilicium. Ceci peut étonner au regard du mix énergétique peu carboné de la France et de l?intensité de l?activité de R&D dans cette filière. Néanmoins, le nombre et la capacité de production des acteurs français sont faibles, en particulier aux étapes amont (étapes lingots et wafers). Certains d?entre eux sont également en difficulté compte tenu des surcapacités industrielles asiatiques sur des marchés où la compétitivité coût est déterminante. (D) La chaîne de valeur de la pâte d?argent pour les cellules cristallines Les principales étapes techniques de la chaîne de valeur de la pâte d?argent sont les suivantes : La chaîne de valeur de la pâte d?argent commence par la récupération de l?argent dans les minerais. L?argent dans les minerais est souvent associé à d?autres métaux comme le plomb, le zinc, le cuivre ou encore l?or. Ainsi, en 2018, la production provient à 38 % de mines de plomb- zinc, à 23 % de mines de cuivre et à 13 % de mines d?or. 26 % seulement de la production provient de mines extrayant principalement l?argent. L?argent minier aujourd?hui se retrouve ainsi principalement dans les concentrés de plomb et de zinc où il est récupéré lors des opérations métallurgiques de traitement de ces concentrés. Il en est de même pour l?argent contenu dans des minerais sulfurés de cuivre. La poudre d?argent, servant de base à la fabrication de toute pâte d?argent, semble généralement être obtenue à partir de solutions de nitrate d?argent qui peuvent être obtenues à partir de lingots. 38 L?IHH (indice de Herfindahl-Hirschman) est un indice qui mesure la concentration du marché. Plus il est élevé, plus la production est concentrée. Il est calculé en additionnant le carré des parts de marché de toutes les entreprises (ou de tous les pays) du secteur considéré. Tableau 5 : structure de la chaîne de valeur des modules cristallins Source : (1) BRGM ? Fiche de criticité silicium ; (2) Bloomberg New Energy Finance ; (3) JRC ; (4) CEA, Liten/DTS/FB https://fr.wikipedia.org/wiki/Indice https://fr.wikipedia.org/wiki/Concentration_d'un_march%C3%A9 47 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La pâte d?argent, utilisée lors de l?étape de métallisation des cellules cristallines, est une poudre d?argent micrométrique, voire nanométrique, qui contient aussi d?autres composants comme du verre fritté ou de la résine par exemple. Chaque élément de la pâte a sa propre fonction. C?est la combinaison de tous ces éléments qui détermine les performances d?une pâte par rapport à une autre. Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur de la pâte d?argent sont les suivantes : ? la production minière d?argent se caractérise par une forte concentration géographique : près des ? de la production minière d?argent proviennent de sept pays et plus de 50 % de trois pays seulement, à savoir le Mexique, le Pérou et la Chine. Néanmoins, à côté de ces gros pays producteurs existent une multitude de petits pays producteurs ; ? la production secondaire (qui s?est élevée à 4 700 tonnes environ en 201839) satisfait 15 % de la demande finale en argent en 2018. Elle représente ainsi une source d?approvisionnement conséquente du marché. L?Europe est le plus gros producteur de déchets d?argent (la France fait partie des cinq plus gros producteurs mondiaux) ; ? le marché de l?argent se caractérise par des phénomènes de variations de stocks importants du fait de son caractère d?actif financier. Ces variations de stocks dépendent des prix de l?argent sur le marché. Mais ces variations de stocks peuvent également, de par leur importance, avoir un impact sur le prix de l?argent sur les marchés. Elles sont donc à la fois « price taker » et « price maker ». Ces phénomènes peuvent venir renforcer les variations des prix de l?argent sur les marchés mondiaux et donc les prix de la pâte d?argent ; ? une forte domination de l?étape de production de la poudre d?argent par 3 pays : les États- Unis, le Japon et la Chine40. Ceux-ci représentent 99,9 % de la production de poudre d?argent pour le PV ; ? une domination géographique moins marquée pour l?étape de production de la pâte d?argent : celle-ci reste néanmoins dominée par les acteurs asiatiques (Chine, Taiwan, Corée, Singapour)41 et américains (États-Unis). ? des utilisateurs industriels de pâte d?argent pour la production de cellules principalement localisés en Chine, ce qui est cohérent avec la position dominante que ce pays occupe au niveau de la production des cellules PV (figure 12 et tableau 5). 39 Les bijoux, lingots et pièces usagés, constituent une part significative du marché de l?argent secondaire. Leur quantité est très sensible aux variations de prix, contrairement aux déchets collectés par les recycleurs de déchets électroniques par exemple. 40 Source : Institut International de l?Argent, organisme de promotion des industriels du secteur (https://www.silverinstitute.org/silver-solar-technology/) 41 Source: GFMS ? World Silver Survey 2019). Figure 12 : la chaîne d?approvisionnement de l?argent dans l?industrie mondiale du PV en 2018 Note de lecture : en bleu : demande pour la fabrication de la poudre d?argent ; en violet, en rouge : demande pour la fabrication de la pâte d?argent ; demande pour la fabrication de cellules Source : GFMS ? World Silver Survey 2019 48 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 13 : la chaîne de valeur des technologies cristallines Source : CGDD 49 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 2. LES MODULES CDTE (A) Les principales étapes de la production des modules CdTe On distingue 4 étapes principales dans la production des modules CdTe : ? la récupération du cadmium et du tellure dans les processus métallurgiques de production, respectivement, du zinc et du cuivre, dont ils sont des co-produits. Si le cadmium est récupéré par procédé métallurgique dans les boues cadmiées (processus relativement simple), la récupération du tellure nécessite une séquence de traitement complexe demandant une chimie de pointe. Une partie du cadmium peut être produite à partir de cadmium recyclé issu des accumulateurs ; ? la production d?un cadmium de haute pureté, indispensable à son usage photovoltaïque. ; ? la production de poudre de CdTe de haute pureté, dont le procédé est couvert par le secret industriel. L?usage principal de cette poudre est le photovoltaïque ; ? la fabrication de la cellule par dépôt du CdTe. Celle-ci est réalisée en utilisant les propriétés de sublimation de ce matériau semi-conducteur. Plusieurs couches très fines sont déposées sur un substrat en verre puis encapsulées avant d?être assemblées pour former le module. Les modules suivent ensuite les mêmes étapes que les modules cristallins (assemblage en panneaux, intégration dans le réseau, collecte et gestion des panneaux une fois qu?ils seront arrivés en fin de vie). Environ 90 % du verre et 95 % des semi-conducteurs qui composent une cellule à couche mince sont récupérables. Selon First Solar, acteur clé sur le marché des cellules CdTe, les panneaux usagés sont aujourd?hui collectés et traités avec un taux de recyclage de l?ordre de 90 %. A l?image des panneaux cristallins, il est vraisemblable (données non disponibles) que le recyclage porte sur les matériaux pondéreux et de peu de valeur et s?apparente davantage à de la valorisation matière. (B) Analyse de la chaîne de valeur des modules couches minces CdTe La structure de la chaîne de valeur est fortement déterminée par : ? le caractère « co-produit » des matières clés que cette technologie utilise contrairement à d?autres filières PV. Les étapes amont de la production des cellules CdTe sont étroitement dépendantes de la production de zinc et de cuivre, et donc des déterminants du marché de ces matières. ? la forte concentration de la production métallurgique du tellure (IHH = 40). La longue séquence de traitement à mettre en place et sa complexité expliquent les faibles quantités de tellure aujourd?hui récupérées par rapport aux quantités récupérables (450 à 550 tonnes sur un potentiel de production estimé à 1 200 tonnes42) ; ? une forte concentration de la production du tellurure de cadmium de haute pureté indispensable à la production des cellules CdTe, ? la structure d?oligopole du marché des cellules et des modules, dominée par deux entreprises First Solar (entreprise américaine) et Calyxo (entreprise allemande), et la forte intégration verticale de ces deux segments de marché. (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur La France ne compte pas d?acteurs industriels dans la chaîne de valeur des modules CdTe à l?exception de la Société nouvelle d?affinage de métaux (SNAM, l?un des plus gros producteurs européens de cadmium de recyclage. Contrairement à la filière du silicium, les panneaux photovoltaïques CdTe usagés sont envoyés pour traitement dans une usine située en Allemagne car il n?existe pas actuellement en France d?usine dédiée pour traiter ce genre de déchets. Au regard du volume croissant de panneaux CdTe mis sur le marché français, il conviendrait de réfléchir à l?installation d?une telle usine en France, afin de de traiter au plus près des lieux de production des déchets, ces équipements usagés potentiellement dangereux. 42 On estime à 1 200 tonnes la capacité maximale mondiale de production : estimation sur la base d?une production moyenne de 65 g de tellure par tonne de cuivre et d?une récupération de 90 % de la production de tellure dans la filière pyrométallurgique (Source : fiche de criticité tellure, BRGM). 50 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 14 : la chaîne de valeur des technologies CdTe Source : CGDD 51 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. ANALYSE DE LA CHAÎNE DE VALEUR DES MODULES TANDEM-PÉROVSKITES (A) Les principales étapes de la production La chaîne de valeur de cette technologie, encore au stade expérimental, reste à construire. Les cellules tandem représentent les technologies expérimentales les plus prometteuses. Pour mémoire, les cellules de ces technologies sont composées d?une cellule en silicium cristallin et d?une autre en pérovskite43 dont la matière distinctive (par rapport aux autres technologies) est le plomb. En l?état des connaissances actuelles, on distingue 3 étapes techniques dans la chaîne de valeur des modules PV à base de pérovskite : ? l?extraction des minerais de plomb. Le plomb se caractérise par le fait qu?il est associé à une grande diversité d?éléments : le zinc (le plus fréquent) mais aussi le fer, le cuivre, le cadmium, l?argent, l?or, l?arsenic qui sont en grande partie récupérés lors des opérations métallurgiques ; ? la concentration du minerai pour être raffiné, soit par pyrométallurgie, soit par électrométallurgie pour obtenir des lingots de plomb doux, pur à 99,99 % ; ? a fabrication de la cellule en est encore au stade de la recherche-développement et très peu de données sont disponibles. (B) Chaîne de valeur des modules tandem-pérovskite En 2018, la production minière de plomb s?est élevée à 4,6 millions de tonnes. A côté de la Chine qui produit près de 50 % du plomb, il existe de nombreux pays petits producteurs. Le plomb est principalement utilisé dans les batteries et accumulateurs, filière dans laquelle il est largement recyclé. Compte tenu de sa toxicité, ses usages ont progressivement été réduits. Compte tenu du stade expérimental qui caractérise encore ces technologies, la structure de la chaîne de valeur, au-delà de l?étape production de lingots de plomb, n?est pas encore connue. (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur En Europe, le plomb enregistre de bonnes performances de recyclage : collecte élevée, encadrement réglementaire strict des procédés industriels. Les acteurs industriels français sont aujourd?hui bien positionnés sur le recyclage du plomb des batteries des démarrages automobiles (principal usage du plomb). Le degré de pureté du plomb recyclé semble envisageable pour une utilisation dans le photovoltaïque. Dans un contexte de développement de la voiture électrique, le développement de la technologie pérovskite pourrait offrir un débouché à cette matière. 43 La pérovskite désigne une structure cristalline : en général une cellule à pérovskites est un hybride organique-inorganique de plomb ou un halogénure d?étain. 52 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. Les risques économiques 1. L'ARGENT, LE SILICIUM SOLAIRE ET LE TELLURE PRÉSENTENT LES RISQUES ÉCONOMIQUES LES PLUS IMPORTANTS Compte tenu de la place des matières premières et des composants dans le coût de production d?un module, le prix des matières premières brutes et transformées constitue un facteur de risque. La pâte d?argent peut représenter près de la moitié du coût des intrants pour les cellules Les producteurs des cellules sont donc particulièrement sensibles aux évolutions du prix de l?argent. Les industriels ont mis en place des stratégies (efficacité matière, substitution) pour réduire les coûts de l?argent et du polysilicium qui constitue également une partie importante du coût « intrants » des cellules. Ces stratégies ne permettront de compenser l?augmentation des besoins en argent et en polysilicium induits par le déploiement du PV que si elles diminuent dans les mêmes proportions les quantités d?argent et de polysilicium utilisées. Pour l?argent, les évolutions technologiques laissent envisager à moyen terme (2028) une division par deux des quantités d?argent utilisées par cellule44 (de 0,13 g à 0,65 g par cellule). La quantité d?argent par W produit est susceptible de diminuer encore plus vite du fait de l?amélioration parallèle du rendement énergétique des cellules. Si une telle évolution se concrétise, le développement du photovoltaïque cristallin devrait pouvoir considérablement réduire sa vulnérabilité face aux pressions sur les prix de l?argent. Pour le polysilicium, les quantités utilisées par module sont passées de 6 g/Wc à 4 g/Wc entre 2013 et 2019. Un levier important d?amélioration de l?efficacité matière pour cette matière est le recyclage du kerf pour lequel des solutions techniques sont en cours de développement en Europe et seraient déjà mises en oeuvres dans certaines usines en Chine45. 44 Source : ?The Role of Silver in the Green Revolution?, Institut International de l?Argent. 45 Source : entretien avec le SER. Figure 15 : part des différentes matières/composants dans le coût des cellules à hétérojonction 46% 27% 10% 6% 3% 8% pâte d'argent oxyde transparent conducteur équipement produits chimiques gaz autres Source : CEA-LITEN 53 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Pour la filière CdTe, la faible disponibilité du tellure contraint fortement le développement à grande échelle de cette technologie. La capacité maximale de production mondiale de tellure (au regard de la teneur en tellure dans le minerai de cuivre) est limitée (1 200 tonnes) et déterminée par la demande du cuivre, dont il constitue un co-produit métallurgique, alors que la production métallurgique est fortement concentrée. Ce risque ne pèse pas sur les acteurs industriels français, qui ne sont pas impliqués dans la filière CdTe. 2. LE DÉPLOIEMENT DU PV RENFORCE LA DÉPENDANCE EXTÉRIEURE DE L?EUROPE ET DE LA FRANCE ET LA VULNÉRABILITÉ DES ACTEURS INDUSTRIELS La forte intensité en capital des étapes de production amont et les importantes subventions accordées ont permis à la Chine d?acquérir une position dominante dans la chaîne de valeur des modules cristallins, allant jusqu?au monopole sur le segment des cellules. Ainsi, malgré des ressources et des réserves de silicium adéquates pour la production de silicium métal, l?Europe représente une faible part de la production amont depuis l?extraction jusqu?à la production des modules. L?Europe est complètement absente de la fabrication de cellules. La dépendance à la Chine est la plus élevée aux étapes de transformation du métal (purification) et surtout aux étapes des produits intermédiaires (lingots, wafers, cellules). Dans un scénario de tensions commerciales où des taxes ou des restrictions à l'export seraient mises en oeuvre, l'Europe serait impactée avec des conséquences variables selon les produits ciblés. Des mesures appliquées aux produits amont accentueraient les difficultés de la filière industrielle européenne du PV, avec un risque sur l'emploi associé, mais sans impact significatif sur le déploiement du photovoltaïque en Europe. Des mesures appliquées aux produits semi- finis et finis pourraient avoir en revanche des conséquences sur le coût du PV, et même freiner son déploiement en Europe. 3. UN TISSU DE LABORATOIRE EUROPÉEN DYNAMIQUE ET DE RENOMMÉE MONDIALE, MAIS JUSQU?À QUAND ? La diminution du nombre d?unités industrielles européennes présentes dans le PV illustre les difficultés des acteurs à être compétitifs par rapport au géant chinois et ce, malgré des innovations régulières et portées par des laboratoires de recherche fortement investis sur le sujet. Or, la dynamique en matière d?innovations est liée au maintien d?acteurs industriels, principale source de financement des laboratoires de recherche. La baisse du nombre d?acteurs compromet le principal atout dont dispose l?Europe pour bénéficier des opportunités de la croissance du marché de panneaux, que ce soit sur le cristallin aujourd?hui dominant ou les technologies à venir (pérovskite). 4. UN RISQUE D?APPROVISIONNEMENT ACCRU POUR LE MARCHÉ DES MODULES BAS CARBONE FRANÇAIS La prise en compte de l?impact carbone des modules photovoltaïques, mise en oeuvre en France dans le cadre des appels d?offres du ministère de la Transition écologique, constitue un levier puissant pour limiter les émissions de GES associées au déploiement du photovoltaïque. Elle a conduit à redéployer la localisation géographique des acteurs industriels approvisionnant le marché français en modules. L?augmentation des capacités PV en France pourrait conduire à des tensions d?approvisionnement sur du polysilicium bas carbone, que la Chine ne peut produire compte tenu de son mix énergétique. Le maintien des capacités industrielles de polysilicium en Europe (Allemagne), voire son développement en cas d?accélération du déploiement du PV en Europe, permettrait de mieux maîtriser les impacts environnementaux associés au déploiement du photovoltaïque. Technologies PV Principales étapes d?un système PV PV cristallins CdTe Pérovskite enjeux technico-économiques enjeux géopolitiques enjeux technico-économiques enjeux géopolitiques enjeux technico- économiques enjeux géopolitiques Silicium Argent Silicium Argent Cadmium Tellure Cadmium Tellure Plomb Ch aî ne d e va le ur s d e ce rt ai ne s r es so ur ce s d 'u n sy st èm e PV Extraction Moyen *** Requiert une certaine qualité de quartz Faible*** - sous-produit à 70% - gisements variés Faible*** Extraction locale Faible*** Production minière bien répartie Faible*** - sous produit du Zn (faible proportion de producteurs Zn) - réserves mondiales Cd Fort***: - Tres faible quantité extraite du Cu (65g par tonne) - Traitement long de pointe Faible*** Faible concentratio n des producteurs de Cd mondiaux Moyen *** Chine produit plus de 60 % de tellure Faible** Nombreuses typologies de gisements et exploitations Faible** 50 % de la production primaire en Chine mais de nombreux autres pays Transformations Moyen ** - procédés complexes et capitalistiques -consommation matières premières (copeaux, houille, coke..) - fortes pertes en matières lors découpe (40%) Faible*** Procédés classiques Moyen *** Domination Asie Faible*** Production métallurgiqu e bien répartie Faible à nul * (Cd 99,99%) Faible*** (Cd 99 ,99%) Faible concentratio n des producteurs Faible*** Substituts moins toxiques à l?étude Faible* à ce stade surtout des compétitions entre laboratoires internationaux Moyen ** (Cd 99,999%,) Production hautement spécialisée Moyen ** (Cd 99,999%,) Petit nombre d?acteurs (pour cristaux ou poudres CdTe, thinfilm CdTe) Pas de données Moyen ** (cristaux ou poudres CdTe, thinfilm CdTe) Petit nombre d?acteurs et seulement 2 pour thinfilm Cellules PV Faible** Procédé haute technicité pas de données Fort***: Forte domination Asie pas de données pas de données pas de données Modules (assemblage cellules) Faible** Nécessite composants spéciaux pas de données Faible** Assemblage en France pas de données Installation du système PV Faible* Bonne disponibilité des terrains Faible** Terrains locaux Faible* Bonne disponibilité des terrains Faible** Terrains locaux Faible* A priori bonne disponibilité des terrains Faible** A priori comme précédemme nt terrains locaux Figure 16 : risques économiques associés aux ressources minérales clés mobilisées par les trois technologies PV retenues dans l?étude Note : Indice de confiance (dans l?attribution du niveau d?enjeu) : *** : repose sur des sources fiables, représentatives ; ** : repose sur des sources incomplètes ou dires d?experts ; * : repose sur des sources trop génériques ou insuffisantes Source : BRGM 55 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? D. Les risques environnementaux, sanitaires et sociaux associés aux 3 technologies PV étudiées L?électricité produite à partir d?un module PV présente un bilan carbone largement inférieur au bilan carbone de l?électricité produite à partir de charbon ou de gaz. Le déploiement du PV est ainsi indispensable à l?atteinte des objectifs climat. Cependant, cette source d?énergie, à l?instar d?autres sources d?énergies renouvelables, mobilise davantage de ressources minérales et de sols que les sources d?énergies conventionnelles. Si les matières spécifiques à chacune des trois technologies représentent une part très faible de l?ensemble des matières du système, elles sont à l?origine d?impacts environnementaux, sanitaires et sociaux différents en fonction des technologies. L?analyse de ces impacts permet d?apporter des éléments qualitatifs de comparaison de ces technologies entre elles. L?identification des maillons de la chaîne de valeur où se situent les principaux enjeux environnementaux permet par ailleurs de savoir où concentrer les efforts pour améliorer le bilan environnemental global du PV. 1. LES MODULES CRISTALLINS : DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DOMINÉS PAR LES ÉMISSIONS DE GAZ À EFFET DE SERRE ET D?AUTRES POLLUANTS ATMOSPHÉRIQUES (NOX, SO2, PM10, COV) La phase de fabrication des panneaux PV contribue à hauteur de 75 % des émissions de gaz à effet de serre et 25 % pour la phase d?installation. Environ 40 %46 de ces émissions se produisent lors de la purification du silicium métal en silicium solaire et de sa cristallisation en lingots. Ces deux étapes sont fortement consommatrices d?électricité dont les émissions de GES sont déterminées par le mix électrique des pays d?implantation des unités industrielles. La place importante de la Chine et son mix électrique à fort contenu en charbon expliquent l?intensité carbone élevée du panneau cristallin. Ces éléments expliquent également l?importance des émissions d?oxydes d?azote et de dioxyde de soufre responsables de l?acidification des milieux ainsi que des émissions de particules fines et de composés volatils nocifs pour la santé. L?étape d?extraction de la silice, précurseur du polysilicium, engendre peu d?impacts environnementaux même si, localement, les impacts peuvent être importants lorsque l?activité est peu encadrée réglementairement : dégradation et utilisation importante des sols, perturbation de milieux aquatiques (surtout lorsque les gisements sont alluvionnaires). 2. LA FILIÈRE PV CRISTALLIN A UNE MARGE DE MANOEUVRE IMPORTANTE POUR RÉDUIRE LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX LIÉS À LA FABRICATION DU POLYSILICIUM Sans recyclage, la perte de matière que représente le kerf (40 %) dégrade fortement le bilan environnemental de la filière PV cristallin. Des solutions de recyclage sont cependant en cours de développement en Europe et viseraient à réintégrer directement le kerf soit au niveau de la fabrication des lingots (en remplacement du polysilicium) soit au niveau de la fabrication du polysilicium (en remplacement du silicium métal). La valorisation au niveau du lingot serait à première vue la plus intéressante car elle permettrait d?éviter l?étape la plus énergivore du processus industriel (à condition que le processus de recyclage ne soit pas lui-même très énergivore). La valorisation au niveau de l?étape de production du polysilicium pourrait également être pertinente : il est en effet possible que la fabrication de polysilicium, en utilisant du kerf valorisé avec un bon niveau de pureté, soit moins 46 L?autre moitié des émissions de GES est générée par les autres matériaux nécessaires à la production du module comme l?aluminium ou le verre plat par exemple. On retrouve ces matériaux également dans les autres technologies que sont les couches minces CdTe et pérovskites. 56 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? énergivore que le procédé utilisant du silicium métal. Techniquement possible, via des traitements physico-chimiques, le recyclage du kerf dans la filière photovoltaïque doit cependant encore démontrer sa pertinence économique. Un tel recyclage serait cependant déjà mis en oeuvre dans certaines usines en Chine47. Mises en oeuvre à grande échelle, la récupération et la réintégration du kerf dans le cycle pourraient permettre d?éviter les fortes émissions de gaz à effet de serre associées à ces étapes de production. 3. LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DES MATIÈRES MINÉRALES MOBILISÉES PAR LES MODULES CDTE SONT FORTEMENT LIÉS À LA TOXICITÉ DU CADMIUM Les impacts environnementaux et sanitaires liés à l?utilisation du cadmium dans les modules CdTe peuvent se manifester à toutes les étapes : ? au moment de l?extraction du cadmium lors des processus métallurgiques de transformation du zinc ; ? au moment de la production des cristaux de tellurure de cadmium ; ? au moment de la fabrication des cellules CdTe : inhalation de cadmium sous forme de poussières ou de vapeurs, contamination de l?individu ou de l?environnement en cas de mesures de sécurité défaillantes ou non respectées ; ? au moment du recyclage des panneaux. La toxicité du cadmium est plus impactante dans des pays où l?encadrement réglementaire est défaillant ou non mis en oeuvre. L?étape d?extraction, dominée par la Chine (30 % de la production mondiale de cadmium), est considérée comme la plus impactante. 4. MOINS DE GAZ À EFFET DE SERRE ET MOINS DE POLLUANTS DE L?AIR POUR LES MODULES CDTE L?étude de Stamford et Azapagic de 201848 montre que la technologie couches minces émet deux fois moins de CO2 que la technologie PV cristallin et consomme moins d?énergie. 5. UN MEILLEUR BILAN ENVIRONNEMENTAL POUR LES CELLULES PÉROVSKITES ? Les cellules à pérovskite seule, sans substrat constitué de plaquettes de silicium, sont peu énergivores et peu émettrices de GES car la fabrication se fait à température relativement basse. L?utilisation en tandem avec le silicium et le plomb permet d?améliorer le rendement énergétique mais augmente les émissions de gaz à effet de serre par kWc. L?utilisation du plomb, fortement toxique, est associée aux procédés métallurgiques dont l?encadrement réglementaire et la mise en oeuvre dépendent de la zone de production. La toxicité du plomb est préoccupante dans les pays où l?encadrement réglementaire est défaillant ou non mis en oeuvre. Le caractère préindustriel de cette technologie ne permet pas de dessiner une cartographie des acteurs ni de leur localisation géographique. Il est vraisemblable que la localisation de la production du plomb ait un impact déterminant sur le bilan environnemental et sanitaire de cette technologie. 47 Source : entretien avec le SER 48 « Environmental impacts of photovoltaics : the effects of technological improvements and transfer of manufacturing from Europe to China », Laurence Stamford and Adisa Azapagic, Energy technology 2018,6, 1148-1160 57 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 6. UN BILAN ENVIRONNEMENTAL PLUS LOURD POUR LES CENTRALES AUX SOLS QUE POUR LES INSTALLATIONS SUR TOITURES L?emprise au sol d?une centrale au sol dépend du rendement énergétique des cellules. Plus celui- ci est élevé, plus l?emprise au sol est faible pour une même puissance. On estime qu'il faut 4 à 5 m2 de sols par kWc de capacité de PV monocristallin installé et 5 à 6 m2 pour le PV polycristallin. Par leur emprise, les centrales au sol impactent les écosystèmes à travers les remaniements puis le recouvrement partiel du sol (effets de l?ombrage des panneaux sur la température du sol et ses caractéristiques pédologiques qui peuvent avoir des conséquences directes sur le développement de la végétation)49, la fragmentation des habitats naturels (exemple des fermes solaires à capacité industrielle où les besoins réels d?espaces peuvent atteindre entre 1,5 et 2,5 fois la surface des panneaux eux-mêmes, voir Gasparatos et al., 201750), les changements microclimatiques ou les modifications de comportements de différentes espèces d?animaux51 (Ademe, 2019). En France, l?implantation des centrales aux sols est fortement encadrée par les documents locaux d?urbanisme52, notamment le plan local d?urbanisme et son règlement. Au-delà d?un certain seuil, elles sont également soumises à étude d?impact. Le plan local d?urbanisme définit le droit des sols applicable pour chaque terrain et détermine les orientations générales d?aménagement, ainsi que les règles générales d?utilisation des sols. L?implantation de centrales PV au sol sur les zones agricoles ou naturelles nécessite une autorisation au titre, soit des installations nécessaires à l?exploitation agricole et forestière, soit des constructions nécessaires à des équipements collectifs ou à des services publics lorsque leur règlement n?autorise pas expressément l?installation de panneaux photovoltaïques (ce qui est rarement le cas). L?utilisation des sites pollués, d?anciens sites industriels ou encore de parkings représentent, selon une étude de l?Ademe, un potentiel de 53 GWc53. La figure 17 récapitule, par segment de la chaîne, les impacts environnementaux des modules cristallins, à CdTe et à pérovskites. Les impacts sanitaires et sociaux n?ont pas été intégrés car les données sont insuffisantes. Le tableau visualise les étapes de la chaîne de valeur qui présentent les plus gros enjeux. Ils doivent être relativisés au regard de la faible part que représente la production des panneaux PV dans l?ensemble des impacts environnementaux générés par la production des biens et des services dans l?économie mondiale. 49 Peu de travaux sur cette thématique à l?exception du projet PIESO (Processus d?Intégration Écologique de l?Énergie Solaire), financé depuis 2015 par l?Ademe sur les effets en phase d?exploitation du PV sur les communautés végétales, les populations d?espèces végétales patrimoniales, dont les résultats seront publiés en 2019. 50 "Renewable energy and biodiversity : implications for transitioning to a green economy", Renewable and Sustainable Energy Reviews 70 (2017) : 161-184" 51 Le projet PIESO rendra ses résultats fin 2019 sur les effets en phase d?exploitation du PV au sol sur les orthoptères, les rhopalocères (lépidoptères), les oiseaux et les reptiles. 52 En cas d?absence de tels documents, c?est le règlement national d?urbanisme qui s?applique. 53 Etude Ademe, avril 2019. Ce potentiel national se répartit entre zones délaissées (93 %) et parkings (7 %). L?évaluation de ce potentiel tient compte de certaines contraintes technico-économiques et administratives liées à l?implantation de centrales qui viennent limiter les surfaces potentielles disponibles. Technologies PV Principales étapes d?un système PV PV cristallins CdTe Pérovskite Silicium Argent Cadmium Tellure Plomb Ch aî ne d e va le ur s d e ce rt ai ne s r es so ur ce s d 'u n sy st èm e PV Extraction Moyen ** - Utilisation des sols - Perturbation milieux aquatiques - Faible consommation énergétique Fort** Variables selon les exploitations Fort*** - Toxicité du Cd - Consommation d?énergie Moyen** - Risque de compétition sur usages de l?eau - Toxicité des tellurites solubles (autres formes relativement inertes) Fort***: - Toxicité du Pb - Emissions de GES variables selon modes de production Transformations Moyen ** - Energivore - Emissions (GES, NOx, SOx, composés volatils, PM10) - Utilisation d?acides et de produits toxiques Moyen** - variables selon les exploitations - utilisation de réactifs toxiques - procédés énergivores Cd (99,99%) Moyen** Zones hautement polluées en Chine Faible* Peu énergivores Faible émettrices de CO2 (peu de données) Cd (99 ,999%) Moyen* Émissions atmosphériques de Cd lors de la purification Cristaux ou poudres CdTe Thinfilm Moyen** CdTe hautement toxique par ingestion Forte écotoxicité sur milieux aquatiques Cellules Faible* Utilisation de substances toxiques mais à faible dose (cellules) pas de données Moyen* - Émissions de GES : 14 à 35 g CO2eq/kWh - Émissions de Cd : 1,3 mg Cd/m² - Consommation d?eau : 385 à 425 l/kWh Moyen* - En tandem Si : mêmes impacts qu?avec cellules Si + impact dû au Pb (environ 1/3 de plomb dans couche pérovskite) - Pérovskite seule : peu énergivore Modules Faible* Émissions de GES (modules) pas de données Moyen** - Émissions de GES : 30 g CO2eq/kWh - Courte vie des pérovskites Installation du système PV Moyen ** - Affectation des sols (hors installation toitures) - Impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) Moyen ** - Affectation des sols (hors installation toitures) - Impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) A priori comme précédemment : Moyen ** - Affectation des sols - Impact des matériaux de structure (Cu, Al) Figure 17 : Risques environnementaux associés aux ressources minérales clés mobilisées par technologies PV cristallin, CdTe et pérovskites Note : Indice de confiance (dans l?attribution du niveau d?enjeu) : *** : repose sur des sources fiables, représentatives ; ** : repose sur des sources incomplètes ou dires d?experts ; * : repose sur des sources trop génériques ou insuffisantes Source : BRGM 59 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 7. LE RECYCLAGE DES PANNEAUX EN FIN DE VIE, UNE VOIE À APPROFONDIR POUR DIMINUER LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DU PV Le recyclage est en général considéré comme un réel moyen de réduire les impacts environnementaux de la production d?un bien. Cependant, plusieurs conditions doivent être réunies pour y parvenir. En premier lieu, il faut que les procédés de recyclage ne soient pas eux-mêmes à l?origine d?impacts environnementaux plus lourds que les procédés de production primaire. Par exemple, lors du recyclage des panneaux CdTe, il faut s?assurer d?éviter les impacts liés à la toxicité du cadmium. Ensuite, il faut être capable de récupérer et de valoriser correctement les matières dont la production primaire a le plus d?impacts environnementaux. Ainsi, pour les panneaux CdTe, il y a un enjeu à récupérer le tellure qui est une matière rare, tandis que pour les panneaux PV cristallins, l?enjeu est la récupération du silicium, matière énergivore à produire54. Par ailleurs, le recyclage doit être à haute valeur ajoutée et il faut trouver des débouchés pertinents pour les matières secondaires. Aujourd?hui, le recyclage des panneaux PV cristallins est nouveau et doit être amélioré : il n?existe pas de procédé pour récupérer le silicium et le traitement du verre n?est pas à haute valeur ajoutée55 (notamment à cause de la présence d?antimoine). Pour les panneaux CdTe, les procédés actuellement utilisés sont mal connus. Par ailleurs, si les évolutions technologiques conduisent à une réduction de la masse de matières contenues dans un panneau, dans le même temps, le nombre de matières différentes augmente. Ceci conduit à une complexification grandissante des modules et rend plus difficile le recyclage. 54 Comme indiqué précédemment, il faut bien sûr s?assurer que le processus de récupération du silicium ne soit pas plus énergivore que la production primaire. 55 Le verre est aujourd?hui essentiellement réutilisé en tant que sous-couche routière alors qu?avec un traitement adéquat, il pourrait être utilisé pour des serres, dans le bâtiment voire réutilisé comme verre solaire. 60 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologies PV Critères d'évaluation des impacts du recyclage PV cristallins CdTe Impacts des procédés de recyclage Moyen*** Impacts environnementaux et sanitaires selon les procédés de recyclage (emplois de produits chimiques, poussières contenant métaux lourds, impacts toxiques si incinération à cause de l'antimoine, du zinc et du chrome) Moyen*** Impacts environnementaux et sanitaires selon les procédés de recyclage (emplois de produits chimiques, poussières contenant métaux lourds, risque important lié à la toxicité de cadmium en cas de non- respect des normes) Qualité de l'utilisation des matières secondaires Mauvaise*** Actuellement, pas de débouchés à haute valeur ajoutée que ce soit pour le verre, le silicium et l'argent Bonne pour le cadmium (***) et le tellure (*) Impacts évités grâce au recyclage Faible*** Pas de récupération du silicium aujourd'hui, potentiellement impacts forts évités (GES) si récupération du silicium Important* (notamment récupération de la matière rare qu'est le tellure) Enjeux à venir sur la recyclabilité Complexification des cellules : moins de matières (en masse) mais plus de matières différentes (en nombre) Complexification des cellules : moins de matières (en masse) mais plus de matières différentes (en nombre) Figure 18 : éléments d?analyse sur le recyclage pour les technologies PV cristallins et CdTe Note : Indice de confiance (dans l?attribution du niveau d?enjeu) : *** : repose sur des sources fiables, représentatives ; ** : repose sur des sources incomplètes ou dires d?experts ; * : repose sur des sources trop génériques ou insuffisantes Source : BRGM (et entretien) Technologies PV Principales étapes d?un système PV PV cristallins CdTe Pérovksite enjeux économiques enjeux géopolitiques enjeux environne- mentaux enjeux économiques enjeux géopolitiques enjeux environne- mentaux enjeux économiques enjeux géopolitiques enjeux environne- mentaux Extraction ** *** ** ** *** ** *** *** *** Transformations ** ** *** ** ** * *** * * Cellules PV ** *** * * * Modules (assemblage cellules) ** *** * * Installation du système PV * ** ** ** ** * ** ** Figure 19 : synthèse des risques associés aux ressources minérales clés mobilisées par les trois technologies du PV retenues dans l?étude Rouge : risque élevé Jaune : risque moyen Vert : risque faible Blanc : pas de données Source : BRGM 62 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 63 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? V. Quelle place pour les acteurs français et européens sur le marché du photovoltaïque ? 64 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Les acteurs industriels français sont principalement présents à l'amont de la chaîne de valeur du PV (extraction de certaines matières premières, équipementiers, production des onduleurs) et à l'aval (développement et installation). Par contre, on ne compte que peu d'acteurs dans la production de modules PV56 cristallins57. Le tissu industriel français est aujourd?hui fragilisé principalement en raison de la concurrence chinoise, même si certains acteurs ont réussi à se maintenir sur le marché, notamment français. Si cette situation perdure, la France ne pourra guère profiter des opportunités industrielles liées à la mise sur le marché de milliards de modules dans les dix ans à venir. La situation est la même pour les autres acteurs européens, confrontés eux aussi à la concurrence asiatique, et notamment chinoise : depuis dix ans, l'Europe connaît une perte importante d?emplois et de création de valeur ajoutée dans les segments industriels de la filière PV. Au-delà des enjeux de création de valeur ajoutée et d'emplois sur le territoire français et européen, une filière industrielle européenne de modules cristallins présenterait l'avantage d?améliorer le bilan environnemental des modules PV (réduction des émissions de gaz à effet de serre et autres polluants de l'air liées à la combustion des énergies fossiles et en particulier du charbon). En effet, le charbon compte pour une part beaucoup plus faible dans le mix électrique européen que dans le mix chinois : sur le sol européen, les étapes amont de la chaîne engendreraient donc beaucoup moins d?émissions de gaz à effet de serre. Pour la France, la disponibilité de modules très bas carbone est importante. En effet, le contenu CO2eq du kWh produit en France est très bas (57,1 g CO2eq /kWh58 en 2018), contrairement à la Chine (plus de 700 grammes) ou à l?Inde (plus de 900 grammes). Si dans ces pays, l?installation de centrales PV représente, quel que soit le pays de production des modules, un gain majeur en émissions de GES, c?est moins le cas en France. En effet, on estime aujourd?hui qu?un kWh produit avec un panneau « classique » (c?est-à-dire produit en Asie) a un bilan carbone moyen d?environ 55 g de CO2eq59 ; alors que le même panneau intégralement fabriqué en France ou en Norvège n?aurait un contenu GES que d?une trentaine de grammes60 par kWh. Les avantages « carbone » d'un développement d'une filière du PV cristallin apparaissent ainsi évident au regard du contenu carbone respectif des mix énergétiques chinois et européens61. La relocalisation de toute ou partie de la chaîne de valeur industrielle des modules PV en France et en Europe gagnerait également à tenir compte d?autres dimensions environnementales via l?intégration d?une réflexion générale sur les critères qui permettraient à des produits PV compétitifs de respecter l?environnement, le climat et les ressources naturelles, en privilégiant une approche cycle de vie. L?inscription de la filière photovoltaïque dans une démarche d?écoconception pourrait ainsi constituer une réelle opportunité pour relancer l?activité industrielle en France et en Europe via une différenciation « vertueuse ». Ce pari industriel nécessiterait néanmoins un accompagnement fort des pouvoirs publics tout en garantissant un niveau de concurrence suffisant pour maintenir la dynamique d'innovation. 56 Au sens large, de l'extraction de la silice jusqu'à la production des modules en passant par toutes les étapes de transformation du silicium jusqu'au stade cellule. 57 Les industriels français ne sont pas présents dans la chaîne de valeur des modules CdTe. 58 Source : Ademe, bilan-ges.ademe.fr 59 Source : Ademe, bilan-ges.ademe.fr 60 CEA-LITEN ; Outils utilisés : Software : Sima Pro 8.1 // Méthode : IPCC 2013 GWP 100 ans. 61 La relocalisation des activités industrielles PV en France et en Europe conduirait également à réduire les émissions d?autres polluants de l?air du PV (en particulier ceux associés à la combustion du charbon). 65 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? A. S?assurer d?un approvisionnement responsable en ressources minérales de la filière PV en favorisant une production nationale responsable de ressources primaires et secondaires Le caractère responsable de la filière d?approvisionnement doit être vérifié, quelles que soient les filières de production et de transformation des ressources. Le moyen le plus vertueux et efficace est de considérer le potentiel de production national. La France est présente notamment dans la production primaire du silicium métal, de l?indium et de l?antimoine. Elle est aussi présente dans la production secondaire de cadmium et de l?argent. Ces productions sont de classe mondiale et contribuent à sécuriser l?approvisionnement européen à partir d?importations (indium, trioxyde d?antimoine), de recyclage (cadmium et argent) et de gisements primaires (silicium métal). Parmi les points forts, la disponibilité et la production de silicium sont des éléments favorables à la production de polysilicium, sous réserve de l?acceptabilité de l?exploitation à moyen/long- terme. La présence d?un industriel produisant du cadmium de haute pureté pourrait être un atout dans la gestion de la fin de vie des panneaux Cd-Te. Des opportunités de valorisation nouvelles de ressources primaires et secondaires françaises existent (Tableau 6). Elles pourraient soutenir le développement ou la re-création de segments industriels dans le segment amont. Certaines ressources primaires nécessitent de faire approfondir la connaissance du sous-sol plus ou moins profond par le BRGM afin d?en mesurer leur attrait économique. Cette question ne se pose pas pour l?antimoine dont les réserves estimées sont d?intérêt. Comme souligné dans les rapports récents du Conseil général de l?économie (CGE) et du Conseil économique, social et environnemental (CESE), l?ouverture de nouvelles mines en France nécessite une refondation du Code minier. L?objectif de la réforme en cours est justement de permettre l?émergence de projets miniers respectant les meilleurs standards environnementaux et sociaux tout en contribuant à l?économie et aux emplois des territoires 66 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Etapes Composant Elément /métal / alliage Ressources (disponibilité et exploitation) Acteurs industriels de la transformation Ph as e in st al la tio n Structures Acier Pas de potentiel minier identifié Part du recyclage dans la production française élevée (30 %) Mix décarboné français permet de produire de l'acier recyclé à faible émission Béton Disponibilité et exploitation de la ressource* de granulats en France Plusieurs acteurs industriels Nombreux projets en Europe et en France pour améliorer le bilan carbone de l'étape de fabrication du ciment, avec des technologies de rupture en développement Aluminium Ressources importées pour la plupart Des ressources* primaires exploitées de bauxite pour des applications de béton haute performance Une production d'alumine à partir de bauxite importée Part du recyclage dans la production française élevée (50%) Mix décarboné français permet de produire de l'aluminium à faible émission Onduleurs Tantale Gisements potentiels en Métropole et en Guyane à confirmer Des ressources* primaires exploitées en tant que substances connexes (Imérys) Des ressources* non exploitées dans les déchets électroniques - des projets de R&D financés par l'Ademe sur le recyclage du tantale Pas d'acteur dans la production en France Quelques acteurs européens (H.C Starck, Allemagne) Câbles Cuivre Potentiel non exploité sur le territoire national (plusieurs amas sulfurés de petites tailles apparentes) L'essentiel du cuivre nécessaire à la fabrication des câbles est importé Recyclage : taux de collecte significatif des câbles en cuivre lié à une forte présence d'acteurs du câble et d'un équipementier spécialisé dans le broyage et tri des câbles Pas de raffinerie de cuivre en France mais plusieurs en Europe, ce qui limite les utilisations nationales de cuivre recyclé Unités industrielles de fabrication de câbles : Nexans et Prysmian group Ph as e as se m bl ag e (m od ul e - p an ne au ) Interconnexion Argent Des ressources* primaires non exploitées en France métropolitaine et en Guyane Une production d'argent par recyclage Plusieurs fonderies et une unité d'affinage de haute pureté (Morphosis) Etain Des ressources* primaires exploitées en tant que substances connexes (Imérys) Gisements potentiels en Métropole et en Guyane Des ressources* non exploitées dans les déchets électroniques - des projets de R&D financés par l'Ademe Aucun acteur français aux premières étapes mais dans les alliages d'étain Plusieurs en Europe Cuivre Potentiel non exploité sur le territoire national (plusieurs amas sulfurés) Peu de production issue du recyclage pour ces applications. Pas de fonderie ou raffinerie en France mais plusieurs en Europe Verre solaire Silice Ressources* de qualité et en quantité exploitées pour l'industrie du verre Peu ou pas de recyclage du verre plat en verre plat La France est très présente dans la production de verre plat (12% de la production européenne) - leaders mondiaux (Saint Gobain) La part dédiée au solaire est nulle en France et quasi-nulle à l'échelle européenne Antimoine Des ressources* primaires connues non exploitées en Métropole de classe mondiale Des projets de R&D financés par l'Ademe pour extraire l'antimoine des déchets Production de trioxyde d'antimoine SICA et PCDL 30% de la production européenne et 11% de la production mondiale Ce llu le Cristalline Silicium métal Disponibilité et exploitation de la ressource* en France (environ 230 kt/an de silice) - essentiellement Imerys-potentiel de développement Pas de recyclage Transformation de la silice en silicium métal (150 kt/an) à faible émission CO2 5% de la production mondiale (Ferropem) Cd-Te Cadmium Pas de production primaire Production de Cd par recyclage Production Cd de haute pureté dans les conditions règlementaires parmi les plus exigeantes - SNAM Tellure Pas de ressource primaire Pas d'acteur dans la production en France CIGS Cuivre Voir cuivre interconnexion Indium Pas de ressource* primaire Possibles ressources* dans les déchets métallurgiques du zinc Pas de production de recyclage - des projets R&D sont en cours sur le recyclage des écrans plats Production d'indium de haute pureté, 3e mondial (Nyrstar) Sélénium Pas de ressource* primaire Pas de production de recyclage Pas d'acteur dans la production en France Gallium Potentiel faible des ressources en Métropole et en Guyane en raison des procédés (notamment dans les bauxites, teneurs de 80-100 ppm), non récupérées Possibles ressources* dans les déchets métallurgiques de l'alumine et du zinc Pas de production de recyclage Pas de production connue Pérovskites Plomb Des ressources* primaires non exploitées Production de Pb par recyclage (Recylex) Usines métallurgiques de production de plomb de 2e fusion (groupe Eco-bat technologies et Metal blanc) Tableau 6 : ressources primaires et secondaires françaises * le terme ressource ici ne présage pas de la faisabilité technico-économique, environnementale et sociale de leur exploitation 67 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? B. Hormis sur le segment des équipementiers, les acteurs du PV français investissent essentiellement sur des activités non industrielles, riches en emplois non délocalisables 1. LA CROISSANCE SOUTENUE DU MARCHÉ PV AU NIVEAU MONDIAL OFFRE DE RÉELLES OPPORTUNITÉS AUX ÉQUIPEMENTIERS FRANÇAIS, NOTAMMENT À L?EXPORT Les équipementiers de la filière PV fabriquent des machines-outils et divers équipements nécessaires à la fabrication des cellules et modules. Aujourd'hui, ce marché est essentiellement dirigé vers l?international et surtout vers l?Asie, où sont situées les principales usines de fabrication des composants des modules. Grâce à leur capacité d?innovation, ces entreprises bénéficient de positions favorables sur des marchés pourtant très exposés à l?international. Une vingtaine d?entreprises françaises sont positionnées sur ce segment : fabricants de fours de cristallisation, de fils de découpe ou de lignes d?assemblage de modules. Il s?agit d?entreprises innovantes, de type PME ou ETI, pour lesquelles le photovoltaïque n?est pas le premier domaine d?activité. Le réseau d?équipementiers est encore plus dense en Allemagne, l?Europe reste donc en bonne position. En 201462, l?ensemble des emplois générés par les équipementiers s?élevait autour de 600 dont 400 directs (annexe 3). Les équipementiers ne représentent que 5 % de la valeur créée en France dans la filière PV, mais le ratio valeur ajoutée sur production63 est élevé par rapport aux autres secteurs industriels (31 %) ce qui montre que ce segment est créateur de richesses (annexe 3). Les équipementiers français évoluent dans un univers hautement concurrentiel où les déterminants du marché sont internationaux. Deux mouvements contraires animent ce marché : ? une surcapacité de production de cellules et de modules au niveau mondial qui a pour effet de tirer la demande d?équipements vers le bas ; ? des évolutions technologiques conduisant à une obsolescence très rapide des lignes de production existantes et donc à une augmentation de la demande d?équipements. Dans ce contexte, l?activité de recherche-développement est importante car elle permet de se différencier d?acteurs étrangers aux coûts de production plus faibles. Une des voies privilégiées par les équipementiers français et européens est l'élaboration de machines-outils qui permettent d?améliorer la phase d?élaboration des lingots (purification, cristallisation), de réduire le coût de fabrication des cellules et modules et/ou de participer à l?amélioration des rendements. Ces efforts portent sur l?efficacité-matière : les fabricants de creusets, de fours ou de fil de découpe travaillent à réduire la quantité de silicium utilisée en diminuant les pertes liées au processus industriel (réintégration des rebuts de lingots, limitation de la production de kerf). Ces efforts portent également sur l?efficacité-énergétique via l?amélioration des procédés de purification et cristallisation du silicium. Un autre axe majeur de différenciation et de développement pour les équipementiers est de proposer des solutions pour intégrer des améliorations technologiques dans les lignes de production. L'enjeu est de continuer à utiliser des équipements industriels ayant nécessité de lourds investissements face à des concurrents qui, ayant investi plus récemment, ont pu profiter des dernières innovations. 62 La dernière étude de marché approfondie date de 2014. Ceci explique que seules ces données, certainement déjà un peu datées, soient disponibles. 63 La production, exprimée en euros, se décompose en consommations intermédiaires et en valeur ajoutée. La valeur ajoutée correspond à la richesse créée lors de cette étape de production. Le ratio valeur ajoutée/production mesure donc la quantité de richesse créée par euro produit. Plus le ratio est élevé, plus le secteur en question crée de la richesse. Le ratio calculé ici n?est pas un ratio pour la filière PV en général mais bien un ratio pour la filière PV française. 68 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? En effet, alors que les modules multicristallins dominaient le marché dans les années 2010, on assiste, depuis 2015, à un retournement du marché vers le monocristallin, plus performant et aux coûts de production devenus comparables. En l'absence d'amélioration technologique des lignes de production, les producteurs de multicristallin classique sont susceptibles d'être mis en difficulté. Les équipementiers constituent un secteur fragile, mais stratégique pour l?ensemble de la filière PV européenne. Leur disparition pourrait conduire à la disparition de l?ensemble de la filière industrielle européenne du PV et rendre difficile toute nouvelle création d?entreprise. 2. LES AUTRES ACTEURS FRANÇAIS DU PV SE CONCENTRENT SUR L?AVAL DE LA CHAÎNE DE VALEUR L?aval de la chaîne de valeur (développement, installation, maintenance) concentre aujourd?hui l?essentiel des emplois et de la création de valeur ajoutée dans la filière PV en France. Les installateurs sont, pour la plupart, de petites entreprises appartenant au secteur du bâtiment (le plus souvent des électriciens). Le développement consiste à effectuer les études préalables à l?autorisation d?urbanisme, à prospecter et sécuriser le foncier, à choisir les fournisseurs, à concevoir la centrale, à répondre aux appels d?offres du ministère de la Transition écologique (le cas échéant), à élaborer le financement, à commercialiser l?énergie produite et parfois à exploiter la centrale (maintenance)64. Par rapport aux activités situées plus en amont de la chaîne de valeur, le développement de centrales est une activité bien présente en France. Les développeurs sont rarement spécialisés dans le photovoltaïque et sont présents sur d?autres types d?énergie renouvelable. Le développement, l?installation et la maintenance de centrales sont par nature des marchés locaux. Ces segments constituent le principal gisement d?emplois dans la filière PV en France. En 2014, ces activités « aval » représentaient plus de 70 % de la valeur ajoutée de la filière PV et environ 11 500 emplois dont 6 000 emplois directs (annexe 3). Le nombre d?emplois créés par MWc est d?autant plus important que l?installation PV est petite. Ces segments sont ceux qui créent le plus de richesses au sein de la filière PV : le ratio valeur ajoutée sur production65, au moins égal à 40 %, est le plus élevé parmi l?ensemble des maillons de la chaîne de valeur (annexe 3). 64 Il existe plusieurs modèles économiques : les développeurs peuvent être propriétaires de leurs centrales et les exploiter durant toute leur durée de vie, ils peuvent également développer des centrales et les revendre immédiatement ou encore acheter des centrales déjà existantes. 65 voir note 58. 69 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. Alors que la France dispose encore d?importantes capacités de recherche, son tissu industriel dans le secteur PV est de plus en plus fragile 1. LES ACTEURS INDUSTRIELS FRANÇAIS SONT PRINCIPALEMENT POSITIONNÉS SUR LE SEGMENT PEU CAPITALISTIQUE DE LA FABRICATION DES MODULES La fabrication des modules PV (entendu « au sens large » de la fabrication du polysilicium à la production des panneaux) est une activité mondialisée qui a connu de profondes mutations depuis le milieu des années 2000. La guerre des prix qui a accompagné cette montée en puissance des acteurs asiatiques a entraîné la disparition de la plupart des entreprises françaises. Alors que la part du module dans le CAPEX66 des installations photovoltaïques s?élève à plus de 40 %, la part de la valeur ajoutée issue de la fabrication de modules dans le total de la valeur ajoutée de la filière PV n?est que de 4 % en France67 (annexe 3). Ces chiffres s?expliquent par la proportion importante de panneaux importés dans les centrales PV installées en France (environ 80 %68). Par ailleurs, au sein même de l?activité « fabrication de modules », la création de valeur est faible. Avec un ratio VA/production de seulement 12 %, il s?agit de l?activité de la filière qui crée le moins de richesses en France (voir annexe 3). En effet, la fabrication de modules se résume à l?assemblage de cellules fabriquées à l?étranger. En d?autres termes, de la production du polysilicium aux panneaux, la richesse est principalement créée à l?étranger. In fine, seules quelques entreprises françaises résistent, quasi-exclusivement dans la technologie au silicium cristallin et dans l?assemblage des modules (Tableau 7). La production de polysilicium et de cellules est en effet extrêmement capitalistique, donnant un avantage comparatif important aux industriels chinois qui disposent de capacités d'investissement inégalables, d?autant plus que le cycle d?investissement en Europe est lent. La plupart des acteurs français présents sur les modules sont des entreprises de type PME, sauf Sun Power et Photowatt, respectivement filiales de Total et EDF. Leur capacité de production (aux alentours de 900 à 1 000 MWc) leur permettrait de répondre aujourd?hui aux besoins du marché français (862 MWc ont été installés en France en 2018). Une petite partie seulement de ces capacités de production est aujourd?hui utilisée, environ 80 % des modules mis sur le marché en France étant importés69. Le critère carbone des appels d'offres du ministère de la Transition écologique n?a pas profité aux entreprises françaises, malgré l?avantage procuré par un mix énergétique français bas carbone. En effet, les fabricants de modules, français ou non, qui cherchent à obtenir une bonne note sur le critère environnemental, ont adopté la même stratégie d?approvisionnement : acheter eux- mêmes des lingots ou des wafers norvégiens bas carbone pour les revendre à leur fournisseur de cellules (le plus souvent situé en Asie, mais pas en Chine). L?assemblage de modules sur le sol français à partir de telles cellules est alors certes moins émetteur que dans d?autres pays, mais l?avantage procuré est faible car cet assemblage est un poste bien moins émetteur de gaz à effet de serre que les étapes amont. 66 Le CAPEX désigne les dépenses d?investissements initiaux, en opposition aux coûts d?exploitation (OPEX) qui sont les coûts supportés par les producteurs une fois l?installation mise en service. 67 Cette répartition de la VA n?est pas typique de la filière PV mais est bien spécifique à la France : c?est la faiblesse des industriels français en amont qui explique qu?en France la fabrication de modules créé si peu de valeur ajoutée. 68 Source : Ademe. 69 Il n?y a quasiment aucune exportation française de modules. 70 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Certains acteurs français peinent ainsi à remporter les appels d?offres du ministère de la transition écologique. À cela, s?ajoute la concurrence des panneaux couches minces CdTe. Pour les grandes centrales au sol, les panneaux CdTe ont l?avantage d?avoir un bilan carbone faible (accentué par des règles de calcul avantageuses) et des coûts peu élevés. Par contre, elles ont un rendement énergétique plus faible et donc une emprise au sol plus élevée70. Société Activité Capacité et/ou volume fabriqué (MWc/an) Stratégie Reden Solar Modules et développement 90 Cellules bifaciales, marché de niche (candélabre PV, serres PV) Photowatt Lingots, wafers, cellules, module 10-15 modules 50 wafers (-> 500 ?) Modules haut rendement et bas carbone (technologie Crystalmax, dite du « mono-like ») Recom Sillia Modules et développement 300 (-> 2 000 ?) Développement à venir d?une usine grande capacité - hétérojonction VMH Energy Modules 60 Utilisation du financement participatif pour le développement des centrales S?tile Modules 15 (modules) Marché de niche (candélabre, intégration au bâti), technologie « i-cell » permettant d?économiser d?importantes quantités de cuivre et d?argent Systovi Modules 80 Modules standards pour toiture + modules hybrides thermique/PV Sun Power Modules (en France et Mexique) ? cellules (Malaisie et Philippines) 80 en France Panneaux très haut rendement (24 %) Voltec Solar Modules 200 Découpage demi-cellules, panneaux bifaciaux 2. UNE CAPACITÉ DE RECHERCHE ENCORE AFFIRMÉE, MAIS VULNÉRABLE Malgré les faiblesses de la filière industrielle française du PV, la recherche « préindustrielle » reste importante, notamment grâce à des liens solides entre la R&D publique et l?industrie. Les laboratoires de recherche français sont ainsi à la pointe au niveau mondial dans le secteur du PV. Cet environnement favorable à l?innovation devrait être un réel atout dans la compétition mondiale. Cependant, cet écosystème favorable à la recherche est aujourd?hui fragilisé voire menacé par la disparition des acteurs industriels (qui sont les premières sources de financement de ces laboratoires) et par l?absence de plus en plus fréquente de débouchés industriels en France ou en Europe pour ces innovations. 70 La surface de panneaux nécessaire (ce qui est légèrement différent de la surface au sol puisque les panneaux sont parfois espacés) est ainsi supérieure de 18 % avec des modules CdTe (hypothèse de rendement : 16,6 %, étude CRE) par rapport aux modules monocristallins (hypothèse de rendement de 19,7 %), ce qui représente une surface supplémentaire d?environ 1 000 m2 par MWc. Tableau 7 : les principaux acteurs français dans la production de modules (au sens large) et leur stratégie de développement Source : entretien, sites internet 71 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Maillon de la chaîne de valeur Equipementiers Production des modules ? polysilicium Production des modules ? lingots, wafers Production des modules ? cellules Production des modules ? assemblage Installation, développement, maintenance Présence des acteurs français et européens Bonne, surtout en Allemagne Aucune 1 seule entreprise 1 seule (très faible capacité) Une dizaine d?acteurs Importante Emplois créés en France (directs, indirects, induits) en 2014 Autour de 600 0 Autour de 500 Autour de 11 500 Richesse créée : ratio VA / production en 2014 31 % 12 % Autour de 40 % Forces Capacité d?innovation x Maîtrise des technologies de pointe Innovation sur les installations et modèles d?affaires (agrivoltaïsme, PV flottant, financement participatif) Diversification sur des secteurs hors PV Liens forts avec la R&D Faiblesses x x Manque de compétitivité Dépendance aux soutiens publics Carnets de commande peu remplis Opportunités Besoin d?adaptation des capacités industrielles aux évolutions technologiques x Marché bas carbone, notamment en France avec critère environnemental des appels d?offres Activités non délocalisables Marché en pleine croissance à l?export Menaces Fragilité du tissu industriel européen du PV x Disparition des équipementiers et des laboratoires de recherche Arrêt ou diminution possible des soutiens au PV Carnets de commande peu remplis Concurrence internationale féroce (y compris sur le bas carbone avec la Norvège) Subventions étatiques aux entreprises étrangères concurrentes Politique commerciale agressive de nos partenaires commerciaux Modification des règles des appels d?offres Tableau 8 : état des lieux des acteurs français de la filière PV 72 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? D. La production de panneaux bas carbone : une opportunité pour structurer un secteur industriel français et européen du PV dans le cadre d?une démarche plus globale d?écoconception La France et l?Europe ne créent que peu de valeur sur les modules car leur activité consiste principalement à assembler des cellules importées. Pourtant, le module reste un poste important dans le coût total d?une centrale PV. Ainsi, la valeur ajoutée est aujourd?hui principalement créée à l?étranger avec comme corollaire des modules au bilan carbone en moyenne élevé. La production de panneaux PV bas carbone constitue une réelle opportunité pour relocaliser des capacités de production en France et plus largement en Europe, en particulier sur les premières étapes de la chaîne de valeur. Elle demande à être inscrite dans une démarche plus globale d?écoconception tenant compte des différentes dimensions permettant de minimiser les impacts environnementaux du PV : durabilité, efficacité matière et utilisation de matières à moindre impact environnemental, recyclabilité. L?éco-conception devrait ainsi être inscrite comme élément de différenciation positive au coeur de la filière photovoltaïque européenne et française. Une telle relocalisation est-elle réaliste ? À quelles conditions ? 1. UNE FABRICATION DE POLYSILICIUM SUR LE SOL FRANÇAIS AVANTAGEUSE SUR LE PLAN ENVIRONNEMENTAL, MAIS INCERTAINE SUR LE PLAN ÉCONOMIQUE La France compte une entreprise, Ferropem, qui fabrique du silicium-métal71 mais ne produit pas de polysilicium, malgré une électricité peu coûteuse, avantage comparatif important pour cette étape de la chaîne de valeur particulièrement énergivore. La production d?un kilo de polysilicium en France émet 23,12 kgCO2eq contre 87,82 kg en Allemagne et 141,02 kg en Chine72. Relocaliser une partie de la production de polysilicium en France ou en Europe permettrait de réduire les émissions de gaz à effet de serre (encadré 4). L?absence d?entreprises françaises dans le domaine du polysilicium peut s?expliquer par la forte intensité capitalistique des usines (seules les grandes usines sont rentables) et la présence d?acteurs déjà importants, y compris européens. La barrière à l?entrée sur ce marché est très haute. Deux conditions sont indispensables à une relocalisation de la production de polysilicium en France ou en Europe : ? des soutiens publics, notamment pour pallier le manque d?investissements privés ; ? la valorisation, à l?échelle européenne, de la production bas carbone, que ce soit par la mise en place de critères environnementaux dans les appels d?offres ou de mécanismes de tarification du carbone. Ceci permettrait de réduire le déficit de compétitivité-coût du polysilicium européen par rapport au polysilicium chinois. La protection accordée aux fabricants européens ne doit évidemment pas être totale, il reste primordial de garantir un minimum de concurrence pour encourager l'amélioration de la performance et la réduction des coûts à travers l'innovation, et éviter les situations d'oligopole. A côté des bénéfices environnementaux, une telle stratégie contribuerait à réduire le déficit de la balance commerciale sur le PV et créerait de la valeur ajoutée et des emplois sur le territoire européen. 71 Une partie du silicium-métal fabriqué par Ferropem est achetée par Wacker (entreprise allemande faisant partie du top 10 mondial des entreprises de polysilicium) en vue de la production de polysilicium de qualité solaire. 72 Valeurs de référence du bilan carbone simplifié du cahier des charges des appels d'offres du ministère de la Transition écologique 73 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le potentiel de création d'emplois est néanmoins limité du fait du fort degré d'automatisation des unités de production, corollaire de sa compétitivité - coût. La lourdeur des investissements industriels à consentir justifie de bien mesurer le décalage entre les besoins du marché à venir, en y intégrant l?éventuel développement d?un segment bas carbone sur le marché du polysilicium, et les surcapacités industrielles déjà existantes. Encadré 4 : estimation des émissions de CO2 évitées en cas de relocalisation d?une partie de la production de panneaux en France ou en Allemagne A l?horizon 2030, 36 GWc supplémentaires devraient être déployés sur le sol français et 200 GWc sur le sol européen. Le calcul des émissions évitées en cas de relocalisation d?une partie de la production de polysilicium est effectué selon deux scénarios d?efficacité-matière : le premier considère que l?on reste à efficacité-matière constante d?ici 2030 (soit 4 kilos de polysilicium par kWc, y compris pertes et casses lors du processus de production), le second considère que l?efficacité- matière prévue d?ici 2030 est atteinte dès aujourd?hui (soit 2 kilos de polysilicium par kWc). Ces deux scénarios donnent donc une fourchette réaliste des émissions évitées. Les calculs sont effectués pour une relocalisation en France ou en Allemagne de la production dans deux hypothèses différentes : ? cas 1 : la production de 50 % des panneaux installés en France jusqu?en 2030 est relocalisée ? cas 2 : la production de 30 % des panneaux installés en Europe jusqu?en 2030 est relocalisée Émissions de gaz à effet de serre évitées (en Mt) Relocalisation en France Relocalisation en Allemagne Scénario efficacité-matière constante : 4 g polySi /Wc 13,9 6,3 Scénario efficacité-matière haute : 2 g polySi /Wc 9,1 4,1 Émissions de gaz à effet de serre évitées (en Mt) Relocalisation en France Relocalisation en Allemagne Scénario efficacité-matière constante : 4 g polySi /Wc 46,4 21,0 Scénario efficacité-matière haute : 2 g polySi /Wc 30,2 13,7 Les facteurs d?émissions utilisés proviennent de l?évaluation carbone simplifiée présente dans le cahier des charges des appels d?offres du ministère de la Transition écologique. Les différences hypothèses de calcul sont explicitées en annexe 4. Tableau 9 : émissions évitées en cas de relocalisation de la production en Europe (au lieu d?une production en Chine) de 50 % des nouvelles capacités installées en France d?ici 2030 Tableau 10 : émissions évitées en cas de relocalisation de la production en Europe (au lieu d?une production en Chine) de 30 % des nouvelles capacités installées en Europe d?ici 2030 74 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 2. LA RELOCALISATION DE LA FABRICATION DES PANNEAUX, DU LINGOT AU MODULE, PARAÎT MOINS RISQUÉE SUR LE PLAN FINANCIER MAIS NE SERA POSSIBLE QU?AVEC UN RÉEL SOUTIEN PUBLIC ET POLITIQUE La reconquête des maillons de la fabrication des lingots et des wafers, de la production des cellules et de l'assemblage des modules semble à court terme plus facile à mettre en oeuvre que celle de la fabrication de polysilicium. En effet, ces activités sont beaucoup moins capitalistiques et présentent donc moins de risques financiers. Par ailleurs, l?électricité peu chère et peu carbonée confère à la France un réel élément de compétitivité, notamment du fait de l?intensité énergétique de la production des lingots, en particulier des lingots monocristallins73. Le gain en GES lié à la relocalisation de ces étapes de la chaîne de valeur est cependant bien moins important que celui lié à la relocalisation du polysilicium, étape la plus énergivore de la chaîne de valeur du PV. Encadré 5 : estimation des investissements nécessaires pour la création d?une filière européenne du PV Les scénarios de développement du PV en France et en Europe sont les mêmes que ceux décrits dans l?encadré précédent. Les hypothèses de relocalisation et d?efficacité-matière sont également identiques. Pour la production de polysilicium, il est fait l?hypothèse que l?investissement nécessaire est de 110 euros par kilo de capacité de production (cette hypothèse est basée sur le dernier investissement réalisé par Wacker aux États-Unis). Les résultats vont de 400 millions à 2,4 milliards d?euros selon les scénarios. Investissements nécessaires pour la production de polysilicium (en milliards d'euros) Relocalisation de 50 % du parc installé en France Éfficacité matière constante (4 g poly Si/Wc) 0,7 Éfficacité matière haute (2 g poly Si / Wc) 0,4 Relocalisation de 30 % du parc installé en Europe Éfficacité matière constante (4 g poly Si/Wc) 2,4 Éfficacité matière haute (2 g poly Si/Wc) 1,2 La relocalisation de la production des étapes allant du lingot aux modules nécessiterait des investissements moins lourds (400 millions à 1,2 milliards). Le calcul est basé sur l?investissement réalisé par GCL en Inde dans une usine avec une capacité de 4 GWc pour 1 milliard de dollars74. Cette usine, du fait de son intégration et de sa taille, présente des coûts moindres que des usines plus petites et restreintes à une étape de la production. Ces calculs, nécessairement approximatifs, se situent certainement dans la fourchette basse. Investissements nécessaires pour la production de polysilicium (en milliards d'euros) Relocalisation de 50 % du parc installé en France 0,4 Relocalisation de 30 % du parc installé en Europe 1,2 73 Le canadien STACE partage la même analyse sur l?avantage procuré par une électricité peu carbonée et envisagerait de se lancer dans la fabrication de lingots/wafers au Québec pour profiter de l?électricité produite par les barrages hydroélectriques. 74 Source : https://www.journal-photovoltaique.org/les-actus/une-usine-de-4-gw-en-inde-pour-gcl/ Tableau 11 : investissements nécessaires pour la relocalisation de la production de polysilicium en Europe Tableau 12 : investissements nécessaires pour la relocalisation de la production de modules (depuis le lingot) en Europe 75 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le tissu industriel français, avec ses équipementiers innovants, constitue un écosystème favorable aux innovations et rend possible la création de synergies industrielles. La reconquête industrielle serait donc possible en visant la fabrication de panneaux haut-rendement (monocristallins, hétérojonction, etc.) et bas carbone. Ce marché est aujourd?hui loin d?être saturé. Il n?est en effet investi que par quelques acteurs norvégiens au niveau des étapes de fabrication de lingots et de wafers. Leur capacité de production (environ 1 GWc annuel) reste faible par rapport aux besoins à venir du marché français (et encore plus si la volonté d?investir dans des panneaux bas carbone est partagée au niveau européen). Sur l?assemblage des modules, l?enjeu est d?assurer la pérennité des acteurs existants, en continuant, encore et encore, l?intégration des innovations technologiques dans le processus de production. Les gains environnementaux liés à la relocalisation de cette étape en France sont plus limités car l?assemblage des modules est un poste mineur dans le bilan-carbone d?une installation PV. Sur les segments de la fabrication de lingots, de wafers et de cellules, les compétences industrielles et en recherche-développement sont encore bien présentes (même si on ne compte plus qu'un unique acteur français) : ? pour la fabrication de lingots, la France dispose d?une avance technologique sur le « mono- like », qui permet de fabriquer des lingots combinant les avantages du multicristallin (faible coût et faible consommation d?énergie) et du monocristallin (meilleur rendement) ; ? pour la fabrication de wafers, des procédés, en voie d?industrialisation, devraient permettre d?ici quelques années de recycler le kerf. Récupérer ces 40 % de polysilicium et le réintégrer directement dans le processus de production pourrait devenir un atout majeur dans la compétition mondiale ; ? pour la fabrication de cellules, les investissements à réaliser sont importants (dix fois plus que pour les modules). Cependant, si la fabrication de lingots, de wafers et de modules est présente sur le sol français ou européen, il semblerait logique d?essayer de reconquérir également ce segment de la chaîne de valeur, ne serait-ce que pour minimiser le coût environnemental des transports entre l?Europe et l?Asie. 76 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Encadré 6 : les enjeux-ressources et économiques liés à la production annuelle de kerf Sans la mise en oeuvre de solutions de recyclage pertinentes, on estime qu?environ 40 % du polysilicium est aujourd?hui perdu sous forme de kerf (soit environ 200 000 tonnes par an). À la valeur d?achat du silicium qualité PV, cela représente une perte de 2 milliards de dollars, ainsi que 1,2 million de tonnes de ressources (essentiellement bois, charbon, silice). En se basant sur un scénario qui verrait l?atteinte en 2030 d?une capacité de production de panneaux de 600 GWc par an, et d?une consommation de 2 grammes de silicium par watt- crête (diminution de moitié par rapport à aujourd?hui), les pertes en kerf atteindraient au moins 640 000 tonnes par an en routine. La production de silicium solaire dans les conditions actuelles, mais avec recyclage du kerf, représenterait alors une émission de CO2 égale à 50 % de l?émission française actuelle. Il est impératif de pouvoir récupérer ce kerf aussi bien pour des raisons économiques qu?environnementales. Dans la figure ci-dessous, la partie rouge représente des « fines » fabriquées au cours du procédé : elles ne sont pas recyclées dans la filière solaire mais sont remises en métallurgie. Ces quantités-là ne sont donc pas perdues. Les conditions de réussite d?une telle reconquête sont similaires à celles exposées précédemment : nécessité d?un soutien public et politique pour les investissements initiaux, ainsi que d?un avantage accordé aux panneaux bas carbone dans les nouvelles installations. Une protection de la propriété intellectuelle renforcée pourrait être mise en place afin de s?assurer que l?avance technologique dont jouissent les laboratoires de recherche européens soit préservée le plus longtemps possible. Pour maximiser les bénéfices environnementaux et économiques d?une telle stratégie, la vision de filière, du polysilicium à la fin de vie, est primordiale. À titre d?exemple, le modèle envisagé pour le recyclage du kerf est d?installer des centres de traitement à côté des usines de production de wafers. En l?absence d?unités industrielles de wafers sur le sol européen, les premiers bénéficiaires de cette innovation, en termes de compétitivité-coût, seront les Chinois (qui ont d?ailleurs interdit les exportations de kerf). Le potentiel de création d?emplois directs est relativement faible, là aussi à cause de l?automatisation des procédés. Une stratégie de filière cohérente pourrait permettre d?optimiser la création d?emplois, y compris indirects et induits. Source : CEA 77 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. LE RECYCLAGE À HAUTE VALEUR AJOUTÉE DES PANNEAUX EN FIN DE VIE : UNE OPPORTUNITÉ INDUSTRIELLE ET ENVIRONNEMENTALE MAJEURE Le nombre de panneaux arrivant aujourd'hui en fin de vie est limité (quelques milliers de tonnes par an en France). En effet, la filière PV est jeune et la durée de vie des panneaux PV est en moyenne de 30 ans. Ainsi, les 50 000 à 60 000 tonnes de panneaux mises sur le marché en France chaque année ne deviendront des déchets que dans 20 à 30 ans. Le recyclage de haute valeur ajoutée de ces panneaux doit néanmoins se préparer dès aujour- d'hui car les défis techniques et industriels sont importants et le gisement des déchets à venir énorme. Le recyclage de haute valeur ajoutée implique tout d?abord de relever d?importer défis technique. La valorisation, actuellement mise en oeuvre, est en effet limitée aux éléments les plus pondéreux d?un panneau comme le cadre en aluminium et le verre. Ceci est suffisant pour atteindre les objectifs réglementaires portant sur la valorisation de la directive européenne sur les déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE), objectifs qui sont uniquement définis en masse globale, en l?absence d?autres procédés rentables. Cela n?encourage pas la filière de gestion de fin de vie des panneaux usagés à récupérer les matières présentes en petites quantités et difficiles à récupérer techniquement (argent, polysilicium), ni à développer un recyclage de haute qualité. En l'absence de politique volontariste de recyclage de ces déchets, ce sont des milliers de tonnes de matières qui ne pourront pas se substituer aux matières primaires dans un contexte de forte croissance de leur demande. Et dans le cas du PV cristallin, l?énergie dépensée pour atteindre la qualité silicium solaire resterait totalement perdue en fin de vie. Au-delà des bénéfices environnementaux, il y a un intérêt économique certain à mettre au point des méthodes de valorisation des matières dont la valeur économique est élevée et/ou rare (le polysilicium et l?argent) et d'améliorer le recyclage du verre solaire, aujourd'hui valorisé en sous- couche routière. Encadré 7 : quelques ordres de grandeur sur le recyclage Quelques chiffres permettent de bien saisir l?enjeu majeur que représente le recyclage. 480 000 tonnes de silicium de qualité PV ont été utilisées au niveau mondial en 2018. Si le volume de silicium contenu dans les panneaux arrivant en fin de vie en 2018 n?était que de quelques milliers de tonnes, il devrait atteindre 200 000 tonnes d?ici 2026. Une autre manière de voir est de regarder le gisement que représentent les 500 000 MWc installés fin 2018 au niveau mondial : ce dernier représente 2,5 millions de tonnes de silicium qui pourraient être perdues en l?absence de recyclage. Sur le plan industriel enfin, il paraît judicieux de bâtir une filière capable d?effectuer une valorisation à haute valeur ajoutée du gisement français de panneaux usagés. Ce segment de la chaîne, à l?heure actuelle totalement vide, recèle des opportunités pour les industriels français. La France dispose d?atouts : un éco-organisme (PV cycle), une usine (unique en Europe) de traitement des panneaux cristallins usagés et des start-up capables de développer des procédés innovants pour recycler, dans des filières à haute valeur ajoutée, les principales matières présentes dans les panneaux cristallins usagés. La prise en compte des problématiques liées au recyclage dès la conception du module peut faciliter la mise en oeuvre technique d?une valorisation à haute valeur ajoutée des matières contenues dans les modules. Elle peut néanmoins entrer en contradiction avec d?autres stratégies de réduction des impacts environnementaux comme la durabilité, au sens de la durée de vie des panneaux75. 75 Par exemple, une démontabilité plus aisée des modules, qui facilite le recyclage, peut entrer en contradiction avec la durée de vie du fait d?une moindre étanchéité des modules. 78 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? En outre, la collecte représente une part importante des coûts de gestion des panneaux usagés (matériaux pondéreux). Ce coût va jouer un rôle déterminant pour le dimensionnement et la localisation des unités de traitement des panneaux usagés, qui représentent à terme plusieurs dizaines de milliers de tonnes, soit l'équivalent de 12 usines de traitement du modèle de l'usine de traitement actuelle. Concernant le recyclage des panneaux CdTe, aujourd?hui assuré par une usine située en Allemagne, les volumes de panneaux usagés ne sont pas encore suffisants pour justifier la création d?une usine de traitement en France. Cependant, à plus long terme, la question pourrait se poser, d?autant que la France possède déjà des acteurs dans la récupération du cadmium dans les accumulateurs en fin de vie. Maillon de la chaîne de valeur Production des modules ? polysilicium Production des modules ? lingots, wafers Production des modules ? cellules Production des modules ? assemblage Recyclage en fin de vie Conditions de réussite Soutien public et politique important, à l?échelle européenne Valorisation au niveau européen de la production bas carbone Renforcement réglementaire des objectifs du recyclage Protection de la propriété intellectuelle (mono-like, recyclage du kerf, recyclage silicium et argent en fin de vie?) Facteurs d?incertitudes Absence d?acteurs français (et donc de compétences) Capacité à industrialiser le procédé de recyclage du kerf en cours d?élaboration Quasi-absence d?acteurs français (et donc de compétences) x Capacité à industrialiser les processus de recyclage à haute valeur ajoutée (notamment silicium et argent) Aversion au risque des industriels et des investisseurs français Capacité à faire connaître la technologie mono- like et d?autres innovations majeures Capacité à trouver des débouchés à haute valeur ajoutée pour les matières recyclées (notamment verre) Soutiens financiers publics incertains (cadre européen des aides d?état) Risques Concurrence internationale (même sur le polysilicium bas carbone avec les acteurs norvégiens) Perte de l?avance technologique Très fortement capitalistique Fortement capitalistique x Potentiel de création d?emplois Limité (automatisation importante nécessaire) Limité (automatisation importante), un peu plus importante en cas de recyclage du kerf Limité (automatisation importante nécessaire) Limité (automatisation importante nécessaire) Limité à moyen si capacité à faire un recyclage à très haute valeur ajoutée Potentiel de création de VA Important surtout en cas d?intégration forte de la filière Important Bénéfices environnementa ux (production en Europe/France versus production en Asie) Très importants (GES) Importants (GES - très important en cas de recyclage du kerf) Moyens (GES) Faibles (GES) Importants (GES et matières critiques comme l?argent) Tableau 13 : récapitulatif des différents éléments d?analyse sur la création d?une filière européenne du PV 79 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? E. Des opportunités non négligeables pour certains marchés « de niche » Si le déploiement d?une activité industrielle de modules PV « standards » s?inscrit dans un marché de très forte compétitivité, le contexte est différent pour les marchés dits de « niche ». Ces derniers sont pour certains loin d?être négligeables et peuvent représenter de réelles opportunités pour des acteurs français et européens. Le plus important est celui du BIPV (« building-integrated photovoltaics »), le photovoltaïque intégré au bâtiment. De nombreuses niches existent, par ailleurs, dans le domaine du PIPV (« Product integrated PV »). Ce dernier ne sera cependant pas traité ici car il renvoie davantage à l?autonomisation de composants (exemple : portails, volets, chargeurs) qu?à la production d?électricité. 1. LE PHOTOVOLTAÏQUE INTÉGRÉ AU BÂTIMENT (BIPV) Le BIPV se décompose en 2 grandes familles : les composants pour toiture et les composants pour façades. Le potentiel de déploiement est immense et le développement de ce secteur est attendu depuis 10 ans. Néanmoins, il ne progresse que lentement en raison des craintes du secteur du bâtiment vis-à-vis de telles installations et de la complexité qu?elles apportent à un projet de bâtiment tant au niveau de la conception que de la réalisation. Ainsi, la tarification très favorable instaurée pendant quelques années (jusqu?à 62 cts/kWh autour des années 2010) n?a pas permis le développement d?un tissu industriel conséquent et pérenne. La prochaine réglementation thermique du bâtiment (E+/C-) devrait permettre d?accélérer le développement du BIPV en France puisqu?elle prévoit « une bonification à la production d?énergie ». De plus, du fait de la baisse du prix des cellules, il devient donc possible de développer des « composants bâtiment PV pour toits ou façades » à prix similaires à d?autres composants d?enveloppe du bâtiment (toits en ardoise ou façades ventilées par exemple). L?intégration de PV sur les nouvelles constructions devrait petit à petit se généraliser. Pour la rénovation, elle est plus délicate et peut se faire sous forme BAPV (« Building applied PV »). Ce terme désigne le PV en surimposition et contrairement à l?intégration complète, elle n?implique pas de faire partie intégrante de l?enveloppe. Des solutions complémentaires existent telles des vérandas ou des abris voitures solaires. Aujourd?hui, quelques acteurs français existent sur ces marchés : Systovi assemble ainsi des modules standards pour toiture ou des modules hybrides PV et thermique tandis que les deux autres acteurs principaux du BIPV, Dualsun et GSE, achètent directement les modules. Edilian (anciennement Imerys) et Akuo Energy en partenariat avec Sunstyle (producteur situé en Suisse) sont quant à eux positionnés sur le segment de la tuile solaire qui permet de concilier la production d?électricité PV avec les exigences liées à l?esthétique des bâtiments. 2. LE VIPV: «VEHICLE INTEGRATED PV» Le marché du VIPV est potentiellement très important mais difficile à estimer. Jusqu?à récemment, la plupart des constructeurs accordait peu d?attention au PV car ce dernier produit peu en regard des besoins des véhicules. Cependant, progressivement, de plus en plus de constructeurs (au Japon, en Allemagne, en France, en Chine?) s?y intéressent et certains modèles commencent à intégrer le PV, comme la Toyota PRIUS hybride qui possède un pavillon entièrement PV. En Allemagne, un « spinoff » de BMW a conçu et commercialise des voitures dont toute la carrosserie intègre des cellules en silicium cristallin. 80 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. LES MODULES LÉGERS ET NOMADES POUR LE DOMAINE MILITAIRE ET POUR LE TOURISME Le domaine militaire et le tourisme ont besoin de moyens de production d?énergie mobiles facilement transportables et déployables. Ils constituent une véritable opportunité car ils nécessitent des produits et systèmes spécifiques : les marges commerciales sont donc a priori plus intéressantes que pour le marché standard. A titre d?exemple, 2CA fabrique des modules légers (OPERASOL) conçus initialement pour les applications militaires mais pouvant être adaptés à d?autres usages notamment tout le marché « nomade » (camping-car, tourisme, vélo?). 4. LES « ROUTE SOLAIRES » De très grandes surfaces sont goudronnées sans pour autant être soumises à de nombreux roulages. Elles pourraient être un support pour le PV sans empiéter sur les surfaces agricoles : pistes cyclables, certaines zones de parking... Elles nécessitent des produits spécifiques pour répondre aux sollicitations mécaniques et avoir des propriétés antidérapantes. Wattway du groupe Colas utilise ainsi des modules spécifiques produits par SNA pour route solaire et des passages piétons solaires éclairés par LED la nuit. 5. LE PV FLOTTANT AVEC MODULES DÉDIÉS Aujourd?hui, ce sont des modules standards qui sont utilisés pour les installations de PV flottant. Mais demain, on pourrait imaginer des modules plus adaptés à l?environnement spécifique des plans d?eau, notamment des modules semi-transparents qui auraient un moindre impact sur la flore et la faune lacustres. 81 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? VI. Recommandations 82 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le fort développement du photovoltaïque attendu dans les années à venir va mobiliser davantage de matières premières minérales dont certaines, comme le silicium métal, sont aujourd?hui considérées comme critiques par l'Union européenne. D?autres peuvent polluer les milieux par leur toxicité, en particulier lorsque les processus métallurgiques associés sont situés dans des pays où ces activités sont peu encadrées et maîtrisées. Enfin, la transformation de ces minerais en matières premières peut être fortement émettrice de gaz à effet de serre, en particulier lorsque le mix énergétique utilisé est à dominante de pétrole et/ou de charbon. Ces enjeux « matières » sont d?autant plus importants à prendre en compte que les matériaux entrant dans la composition des panneaux, une fois ceux-ci arrivés en fin de vie, ne sont pas tous récupérés (à l?exemple de l?argent ou même du silicium), et lorsqu?ils le sont, se retrouvent sous une forme dégradée qui se substitue à des matières premières de faible valeur (utilisation du verre en sous-couche routière par exemple). Des leviers existent pour réduire les conséquences du déploiement du photovoltaïque sur les ressources minérales et améliorer son bilan environnemental, déjà très positif par rapport aux énergies fossiles. L?amplitude de la réduction, en valeur absolue, dépend de la part que le photovoltaïque représente et représentera dans la consommation de ces ressources. L?évolution de la demande des autres secteurs consommateurs sera également déterminante dans la maîtrise (ou non) des risques économiques, environnementaux et sanitaires associés à ces matières. Une augmentation concomitante de la demande d?une matière par plusieurs secteurs augmente considérablement les risques pesant sur cette matière. La probabilité d?une telle évolution est élevée pour certains métaux comme le cuivre. Celui-ci fera l?objet d?une attention particulière dans le deuxième rapport d?étape portant sur le stockage stationnaire et les réseaux, prévu pour mi-2020. Des opportunités industrielles ont été identifiées en cohérence avec la nécessité de réduire les impacts du déploiement du photovoltaïque sur la consommation de matières minérales. Ceci implique le déploiement d'une filière photovoltaïque bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques, et d?excellence environnementale. Les propositions ci-dessous s'inscrivent dans ce cadre. Elles se structurent autour de quatre axes : ? mieux gérer les approvisionnements ; ? développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés ; ? garantir le déploiement, sur le sol français, d?un PV à haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques ; ? favoriser le développement industriel en France / Europe d?une filière PV de haute performance environnementale, bas carbone et à faible impact. A. Mieux gérer les approvisionnements Le risque direct sur la disponibilité des ressources minérales pour la production des modules apparaît limité, pour les industriels français comme pour ceux de l'Union européenne en général du fait d?un approvisionnement principalement sous la forme de produits finis et semi-finis (cellules, modules, cadre d?aluminium, pâte d?argent métallique?). Ce constat exclut les ressources minérales contenues dans les composants tels que les onduleurs et les câbles qui, bien qu?éléments constitutifs d?une installation photovoltaïque, n?ont pas été étudiés dans le présent rapport. Ils le seront dans le prochain rapport, qui portera sur les réseaux et le stockage stationnaire. Bien entendu, des risques indirects ne sont pas exclus tant pour l?équipement de la France que pour celui de l?Union européenne (par exemple pour l?argent). En outre, les acteurs industriels français, de petite taille, sont dépendants du quasi-monopole asiatique et notamment chinois pour la partie matériaux et composants, et sont donc exposés à des retards ou des défaillances dans les livraisons, avec des difficultés à trouver rapidement d'autres fournisseurs. 83 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Néanmoins pour des raisons éthiques et économiques (perte de réputation), il devient de plus en plus difficile de se désintéresser de l?origine des ressources minérales qui entrent dans la composition des produits finis et semi-finis qu?on importe. La gestion de ce risque est d?autant plus complexe que la traçabilité des ressources minérales qui entrent dans la composition des produits finis et semi-finis importés est difficile à établir, notamment car la chaîne de valeur du PV est mondialisée. Le meilleur moyen d?assurer un approvisionnement responsable est de produire les matières premières primaires et secondaires sur le territoire national. Ces questions seront abordées dans le rapport n°3 sur la mobilité bas carbone (dont les travaux débuteront mi- 2020) et dans le rapport final de synthèse (prévu en 2021) qui servira de base à l?élaboration du plan de programmation des ressources minérales de la transition bas carbone. À court terme, des tensions sur l'argent peuvent se présenter. L?argent est utilisé dans de nombreux secteurs industriels, ses propriétés de conductivité thermique et électrique étant très appréciées. Une vigilance à moyen/long terme est nécessaire pour suivre les innovations qui ajouteraient de nouveaux usages ou celles qui en supprimeraient. Une meilleure connaissance de la nature des besoins industriels et de l?offre actuelle (métal et sels d?argent) serait utile pour anticiper les éventuels risques d?approvisionnement et favoriser une croissance de l?offre européenne, primaire et secondaire. La production secondaire issue du recyclage des métaux ne fait pas l?objet de rapportage systématique. Un recensement de cette production, au même titre que la production primaire, améliorerait la transparence des industries de recyclage et permettrait aux utilisateurs européens d?identifier des sources européennes de production. Pour le silicium métal, il s'agit : ? de suivre et de veiller à l'adéquation des capacités industrielles de production de polysilicium à l?évolution des besoins, qui est très rapide ; ? de suivre l'impact de la demande de polysilicium sur la ressource « silice », tous les gisements de quartz n'étant pas adaptés à la qualité requise pour la production de polysilicium. En outre, les réserves de quartz de haute pureté, bien que supposées abondantes sont mal connues. Dans l?optique d?une relocalisation des étapes amont de la chaîne de valeur de production des panneaux, une attention particulière pourrait être portée aux gisements européens. Par ailleurs, ce suivi doit intégrer le secteur de la microélectronique, en pleine croissance, et qui lui aussi a des besoins, bien que très inférieurs en volume, en polysilicium de très haute pureté. Recommandation 1 Dans le cadre des travaux du Comité des métaux stratégiques : ? approfondir les connaissances sur l?offre actuelle en argent (métal et sels) ainsi que les usages industriels et la forme sous laquelle l?argent est consommé (métal ou sels) pour favoriser des opportunités de production en Europe. Y intégrer un suivi à moyen et long terme des innovations susceptibles d'ajouter un nouvel usage à l'argent ; ? améliorer la connaissance des ressources et des réserves de silice adaptée à la production de polysilicium pour répondre aux besoins des secteurs du solaire et de la micro- électronique. Porter une attention particulière aux gisements européens. Recommandation 2 Intégrer le sujet de la production d?argent secondaire et plus généralement de la production des métaux de recyclage dans l?enquête annuelle de production de l?INSEE. 84 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? B. Développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés 1. FAIRE DE L?ÉCOCONCEPTION UN AXE DE DIFFÉRENCIATION VERTUEUSE DES PRODUITS « MADE IN FRANCE / EUROPE » Du fait de la courbe exponentielle de croissance du PV, il est urgent de développer des solutions permettant de minimiser les impacts environnementaux des modules PV, depuis l?extraction des matières premières jusqu?à la gestion de la fin de vie des panneaux. La diminution de la quantité de matières par module, l?utilisation de matières à moindre impact environnemental, le développement d?un recyclage des modules de haute valeur ajoutée constituent des leviers clés pour améliorer le bilan environnemental du photovoltaïque. L?écoconception est au coeur de ces enjeux et doit permettre de renforcer le bilan carbone positif du PV, notamment par rapport aux énergies fossiles. Or, aujourd?hui, dans un contexte de très forte compétitivité, les travaux de développement et d?innovation des entreprises industrielles et des instituts de recherche-développement sont essentiellement focalisés sur l?optimisation du rendement et la réduction des coûts. Pour réduire les impacts environnementaux associés au prélèvement sur les ressources minérales, la filière doit s?appuyer sur la recherche afin d?établir, à chaque étape du cycle de vie, un cahier des charges pertinent dont les piliers seraient - outre l?économie des ressources -, la limitation des matières toxiques et des impacts des procédés de fabrication, l?utilisation de procédés d?assemblage qui garantissent la séparation des matériaux en fin de vie (sans dégrader la fiabilité et la solidité des équipements), car cette séparation favorise un recyclage de haute valeur ajoutée et la récupération de matières non valorisées actuellement, comme l?argent et le silicium solaire. L?identification de voies de différenciation environnementale compétitives, assises sur ces principes, implique des travaux de recherche et des synergies entre les acteurs industriels et les acteurs de la recherche. L?élaboration de cahiers des charges pourrait s?inscrire dans le cadre de la mise en oeuvre de la feuille de route sur le photovoltaïque, en cours de finalisation par le CSF « Industries des nouveaux systèmes énergétiques ». Ces travaux pourraient servir de base à la création d?un écolabel français sur le PV et/ou alimenter les travaux européens dans le cas où la création d?un écolabel européen et/ou d?un règlement européen sur l?écoconception du système PV, en cours d?investigation, serait actée par la Commission européenne. Une étude a en effet été lancée par la Commission européenne pour évaluer la faisabilité et la pertinence de la mise en place, au niveau européen, d?instruments pour orienter le marché vers des systèmes photovoltaïques plus vertueux sur le plan environnemental. La création d?un règlement d?application de la directive écoconception sur le photovoltaïque et d?un écolabel européen en font partie. L?étude, menée par le Joint Research Center, devrait également donner des lignes directrices sur les critères d?écoconception à privilégier. Les premiers résultats laissent à penser qu?en l?absence d?une forte mobilisation des parties prenantes publiques et privées, ces initiatives européennes manqueront vraisemblablement d?ambitions, ce qui rend plus important encore une démarche française. Recommandation 3 Lancer des travaux pour établir un cahier des charges « écoconception PV » (module, onduleur, systèmes) dont les piliers seraient : ? la limitation de l?usage des ressources (y compris énergétiques) ; ? la limitation des impacts des procédés de fabrication (efficacité énergétique, consom- mation d?eau ?) et des matériaux toxiques ; ? l?utilisation de procédés d?assemblage permettant de garantir la séparation des matériaux en fin de vie, la fiabilité et la durabilité. Ces travaux, qu?il conviendra d?articuler avec ceux en cours au niveau européen, pourraient être pilotés par l?Ademe et s?inscrire dans le cadre des travaux du CSF "Industrie des nouveaux systèmes énergétiques". 85 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 2. TROUVER ET DIFFUSER DES SOLUTIONS INDUSTRIELLES POUR UN RECYCLAGE PERFORMANT DES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES EN FIN D?USAGE Dotée depuis 2015 d?un éco-organisme en charge de la collecte et du traitement des panneaux photovoltaïques, la filière affiche un taux élevé de recyclage et de valorisation (de l?ordre de 90 %), caractérisé néanmoins par des applications de très faible valeur ajoutée : en effet, la déconstruction des panneaux ne permet d?accéder qu?à l?aluminium, au verre et au cuivre, mais pas au silicium et à l?argent. La forte croissance des besoins en matières liées au déploiement du PV et l?importance du gisement de panneaux PV usagés à venir exigent de trouver des solutions industrielles innovantes pour récupérer les matières qui présentent des enjeux d?approvisionnement (silicium et argent) et un fort potentiel de réduction de l?empreinte environnementale (silicium solaire). Ces matières sont à traiter dans des applications de haute valeur ajoutée. Le verre solaire, aujourd?hui valorisé en sous-couches routières, doit également trouver des débouchés à meilleure valeur ajoutée. Certains acteurs industriels français sont particulièrement engagés. Des solutions sont à l?étude pour le recyclage du verre solaire et le recyclage performant du silicium et de l?argent. Pour inciter les acteurs du recyclage à s?engager en ce sens, l?intégration d?objectifs de recyclage pour le silicium et l?argent devrait être discutée au niveau européen lors de la prochaine révision de la directive DEEE, qui pourrait avoir lieu en 2024 (la directive DEEE venant en effet d?être révisée). La même question se pose pour le cadmium et le tellure utilisés dans les technologies CdTe. La France pourrait profiter de sa présidence du Conseil de l?Union européenne, en 2022, pour initier, auprès de la Commission européenne, l?étude d?évaluation à mi-parcours de la mise en oeuvre de la directive DEEE, préalable indispensable à toute décision de révision. Au regard du potentiel, à terme, du marché du recyclage des panneaux photovoltaïques (des dizaines de millions de tonnes de panneaux d?ici 2050), les acteurs industriels français et européens ont intérêt à se positionner sur des technologies de valorisation innovantes afin de se préparer aux enjeux des filières au niveau mondial. Le maintien du tissu industriel de recyclage en Europe (et du tissu industriel en général) nécessitera aussi de mettre en place les procédures nécessaires pour éviter le rachat par des firmes étrangères (et notamment chinoises) des PME innovantes françaises et européennes. 3. ÉVALUER LA PERTINENCE DE DÉVELOPPER ET DIFFUSER DES SOLUTIONS INNOVANTES DE RECYCLAGE DES DÉCHETS INDUSTRIELS (KERF ET LIQUIDE DE DÉCOUPE) Au-delà de l?écoconception, d?autres voies ont été identifiées pour améliorer le bilan environnemental du photovoltaïque. Le recyclage des pertes industrielles de matières (kerf) et celui du liquide de découpe présentent des opportunités de réduction de la consommation de silicium métal primaire et d?énergie pour le premier, et de l?émission de rejets polluants dans le milieu pour le second. Il existe aujourd?hui des pistes permettant d?envisager le recyclage sur site du kerf. Dans la mesure où la production de kerf est principalement localisée en Asie, la diffusion de cette innovation ne profitera aux entreprises françaises que si les activités de découpe des lingots se relocalisent sur le territoire européen. 4. ASSURER LA TRAÇABILITÉ DES MÉTAUX LOURDS PRÉSENTS EN QUANTITÉ SIGNIFICATIVE DANS LES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES EN FIN DE VIE La toxicité du tellurure de cadmium est mal connue et n?est devenue que récemment un sujet d?intérêt pour les toxicologues, du fait notamment de la multiplication des panneaux solaires utilisant cette substance. Des études récentes semblent confirmer que la surface proportionnellement beaucoup plus réactive du tellurure de cadmium pur, quand il est présent sous forme de nanoparticule, le rend plus toxique. Même si, correctement encapsulé, le tellurure de cadmium utilisé dans les procédés de fabrication est supposé inoffensif tant qu?il reste au 86 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? coeur du module, son comportement, au moment de la gestion et du recyclage des panneaux CdTe, gagnerait à être mieux connu. La France est particulièrement concernée car les panneaux CdTe représentent une part plus importante du marché qu?au niveau mondial. Actuellement, les panneaux CdTe usagés sont collectés puis envoyés dans une usine en Allemagne, le gisement actuel étant insuffisant pour justifier la construction d?une unité de traitement en France. Cela pourrait néanmoins changer à moyen terme si les panneaux CdTe maintenaient leur part de marché en France. Enfin, le meilleur moyen pour éviter que le tellurure de cadmium ne se répande dans l?environnement est de le recycler. À l?image des objectifs de recyclage de la directive sur les piles et accumulateurs au titre de l?écotoxicité, des objectifs de recyclage portant spécifiquement sur cette matière potentiellement toxique pourraient être intégrés dans les travaux de la prochaine révision de la directive DEEE. La fixation d?un tel objectif, même non quantitatif, permettrait d?assurer un rapportage sur cette substance et d?en améliorer la traçabilité. Recommandation 4 Pousser à ce que la fixation d?objectifs de recyclage portant sur les matières critiques utilisées dans les cellules PV (silicium, argent, tellure) soit intégrée dans les travaux de la directive DEEE, lors de sa prochaine révision au niveau européen. Faire de même pour le cadmium, à l?image des exigences fixées par la directive européenne sur les piles et les accumulateurs. Évaluer la faisabilité et l?intérêt d?affiner les objectifs de recyclage dans ce même cahier des charges. Recommandation 5 Soutenir la recherche, le développement et le passage à l?industrialisation de procédés de recyclage de haute valeur ajoutée des panneaux en fin d?usage et protéger les acteurs industriels français et européens porteurs d?innovation en ce domaine en mobilisant, si nécessaire, le système de protection des PME à caractère stratégique. Évaluer la pertinence de soutenir les mêmes activités pour le recyclage des déchets industriels, comme le liquide de découpe et le kerf, les autres déchets de polysilicium (chutes et casses étant déjà largement recyclées). Recommandation 6 Réaliser une étude pour évaluer les risques encourus lors de la gestion des panneaux CdTe usagés, déterminer s?ils présentent ou non un caractère de dangerosité et, au regard des conclusions, recommander les traitements les plus pertinents et les prescriptions associées. 5. IDENTIFIER LES LEVIERS D?ACTIONS PERTINENTS POUR LUTTER CONTRE LE RENOUVELLEMENT ANTICIPÉ DES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES On considère généralement que la durée de vie d?un panneau est d?une trentaine d?années. En effet, le rendement énergétique des panneaux photovoltaïques est garantie par les constructeurs pour une durée allant de 20 à de 30 ans76. Au-delà de cette durée, les panneaux continuent à fonctionner mais avec un rendement énergétique qui n?est plus garanti par le constructeur. Cependant, certains facteurs sont susceptibles de conduire à renouveler les panneaux avant cette durée de 30 ans. Plusieurs facteurs pourraient expliquer une telle différence entre durée de vie théorique et durée réelle d?usage : amélioration des performances des panneaux, en particulier du rendement énergétique, évolution des coûts des modules, pannes et défauts de fonctionnement, durée des contrats (20 ans) conclus dans le cadre des appels d?offres, faible niveau de l?éco-contribution77. 76 La garantie « produit » a, en général, une durée différente, bien plus courte (quelques années). 77 Ce faible niveau de l?éco contribution actuelle s?explique par le décalage entre la date de mise sur le marché du produit et la date de sa fin de vie. Au fur et à mesure que la quantité de panneaux photovoltaïques en fin de vie augmentera, le niveau de l?éco- contribution augmentera. 87 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? L?allongement de la durée d?usage des panneaux est un levier significatif pour améliorer le bilan environnemental du photovoltaïque : en effet, avec une même quantité de ressources extraites du sol (et donc avec les mêmes impacts environnementaux associés), on produit davantage d?électricité et dans le même temps, la quantité de déchets produite est réduite. Il est donc nécessaire d?avoir davantage d?informations sur la durée réelle d?usage des panneaux et de ses principaux déterminants. Ceci permettra ensuite d?identifier les leviers pour allonger la durée d?usage des panneaux et d?en déterminer les coûts et bénéfices associés afin d?en évaluer la pertinence. En France, la quasi-intégralité des projets de centrales PV s?est fait dans le cadre du soutien public via le mécanisme des appels d?offres du ministère de la Transition écologique. La durée des contrats permet de garantir une durée minimale d?usage des panneaux, déjà longue, de 20 ans78. La comparaison de la situation française avec celle d?autres pays, notamment ceux où se sont développés des projets sans soutien public, permettrait, entre autres, d?identifier le rôle joué par les conditions des contrats (par exemple la durée du soutien financier public). Recommandation 7 Réaliser une étude sur la durée d?usage des panneaux, en y intégrant un volet parangonnage, afin d?identifier ses principaux déterminants. Identifier les leviers d?actions pour allonger la durée d?usage des panneaux et déterminer les coûts et les bénéfices (y compris environnementaux) associés pour en évaluer la pertinence. 6. ANTICIPER LES BESOINS EN FONCIER LIÉS AU DÉPLOIEMENT DU PHOTOVOLTAÏQUE POUR MIEUX EN MAÎTRISER LES IMPACTS Le déploiement du photovoltaïque en France va se traduire par une augmentation de la capacité PV installée sur les sols et donc par un risque de concurrence d?usage des sols, notamment agricoles. Si ce risque est inexistant pour les centrales au sol soutenues dans le cadre du dispositif des appels d?offres du ministère de la Transition écologique (critère de conditionnalité des soutiens), il est bien réel pour les installations qui ne demandent pas de soutiens financiers. Or, au-delà d?une certaine puissance installée, le photovoltaïque devient une source de production d?électricité de plus en plus compétitive. Cette évolution, tout à fait souhaitable dans le contexte de la lutte contre le changement climatique, réduit les moyens de contrôle des pouvoirs publics sur la localisation des centrales (voir partie IV, chapitre D, paragraphe 6). Le potentiel de 53 GWc que représentent au niveau national les zones délaissées et artificialisées propices à l?installation de centrales photovoltaïques (voir étude Ademe, 2019) pourrait paraître rassurant si ce potentiel ne correspondait pas, dans la grande majorité des cas, à des sites d?une surface relativement modeste (70 % des sites présentent un potentiel compris entre 0,5 et 2,5 MWc). Les résultats de cette étude semblent montrer que l?implantation de centrales photovoltaïques au sol de très grande capacité se traduira par une concurrence avec les usages agricoles et les espaces naturels, qu?il est essentiel d?anticiper pour les minimiser. Les documents d?urbanisme permettent déjà une telle anticipation. Parallèlement, les impacts environnementaux sur les milieux liés au développement du solaire flottant demandent à être précisés rapidement, afin de déterminer dans quelle mesure et à quelles conditions les surfaces en eau (dont les masses d?eau artificielles) constituent un moyen pour relâcher la pression sur le foncier engendrée par le déploiement du photovoltaïque. 78 Le remplacement des panneaux avant le terme de ce contrat (sauf en cas de dysfonctionnements avérés des panneaux) entrainerait la rupture du contrat et obligerait le propriétaire de la centrale PV à rembourser l?intégralité des aides reçues depuis le début du contrat. 88 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Recommandation 8 Évaluer, au-delà du gisement relatif aux zones délaissées et artificialisées, le gisement relatif au foncier de l?État propice à l?implantation de centrales photovoltaïques. Diffuser largement, auprès des porteurs de projet et des services déconcentrés de l?État, le guide sur l?instruction des demandes d?autorisations d?urbanisme pour les centrales solaires au sol, élaboré par le ministère de la Transition écologique et le ministère de la cohésion des territoires et des relations avec les collectivités territoriales. C. Garantir le déploiement, sur le sol français, de technologies PV de haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques En France, le dispositif de soutien au photovoltaïque, qui fait appel au mécanisme d?appels d?offres du ministère de la Transition écologique (installations PV au-delà de 100kW), comporte, dans sa grille de notation, un critère carbone qui peut compter jusqu?à 30 % de la note finale. C?est un dispositif unique dans l?Union européenne. Seule la Norvège l?a mis en place, dans la perspective de pouvoir offrir un avantage comparatif aux acteurs industriels norvégiens. Ce critère carbone constitue une incitation pour réduire le contenu carbone des modules PV en France, soit en privilégiant l?utilisation de modules couches minces CdTe, soit en recherchant les sources d?approvisionnement des différents composants des modules les moins consommatrices d?énergie pour leur production (Norvège, Taïwan, États-Unis, France?). Le bilan carbone des appels d?offres est basé sur un « bilan carbone simplifié ». Le dispositif actuel d?évaluation du critère carbone pourrait être amélioré pour sélectionner, de façon effective, les projets présentant les bilans carbone les plus performants. Par ailleurs, ce bilan carbone simplifié ne prend en compte ni le cadre du module ni le transport final du module jusqu?à la centrale PV. Composé de métaux (aluminium, acier), le cadre peut représenter jusqu?à 15 % de la masse du module. La production de ces métaux est énergivore, ce qui peut, selon le mix énergétique du pays de production, conduire à des émissions de GES significatives. Le poids du cadre dans le bilan carbone du module n?est donc pas négligeable. Par ailleurs la production d?aluminium et d?acier français bénéficie d?un mix bas carbone qui pourrait profiter à un déploiement PV bas carbone. Concernant le transport final, les évaluations varient fortement et il semble aujourd?hui nécessaire d?avoir de plus amples informations sur la part de ce transport dans le bilan carbone total du module. Pour s?assurer de la pérennité du dispositif bas carbone mis en place dans les appels à projet, il conviendrait de se mobiliser très rapidement pour orienter les travaux européens engagés par la Commission européenne sur l?écoconception des systèmes PV (voir recommandation 3). En effet, dans le cas où des travaux seraient lancés par la Commission européenne pour l?élaboration d?un règlement sur l?écoconception des systèmes PV et/ou un écolabel européen, les critères de sélection des appels d?offres PV du ministère de la Transition écologique devront être a minima cohérents avec ceux retenus dans les instruments de régulation européens. En outre, dans la mesure où les installations PV sont amenées à se développer dans les années à venir, il serait utile de mettre en place des outils qui favorisent leur acceptabilité sociale comme par exemple l?affichage d?un contenu local. Ce contenu local pourrait être intégré dans le cahier des charges des appels d?offres du ministère de la Transition écologique sous la forme d?un indicateur à produire par les candidats sur la base du volontariat. Aujourd?hui, pour les étapes de fabrication des modules les plus énergivores, les candidats aux appels d?offres n?utilisent pas les valeurs standardisées de l?évaluation carbone simplifiée, mais des valeurs déterminées par ACV qui doivent être validées par l?Ademe en partenariat avec 89 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Certisolis (organisme de certification du secteur du PV) et le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB). Afin de s?assurer de la conformité de ces valeurs à la réalité des processus industriels, le pouvoir de contrôle (demande de preuves par exemple) de ces organismes pourrait être renforcé. Par ailleurs, les contrôles a posteriori, effectués sur les centrales effectivement installées, pourraient être renforcés afin d?écarter tout risque de fraudes (par exemple, contrôle sur place avec vérification des certificats des sites de production des composants du module, échantillonnage et essai). L?effectivité du critère carbone s?en trouverait ainsi améliorée. Recommandation 9 Participer activement aux travaux européens sur l?écoconception des systèmes PV. Pour favoriser l?acceptabilité sociale des centrales photovoltaïques, en particulier aux sols, favoriser le développement, en France, d?un affichage du contenu local des projets PV sur la base du volontariat. S?appuyer sur les travaux en cours du CSF « Industrie des nouveaux systèmes énergétiques ». Concernant le bilan carbone simplifié du module : ? engager des travaux pour intégrer le cadre du panneau dans le bilan carbone simplifié du module ; ? évaluer, en vue d?une éventuelle intégration, la part que pourrait représenter le transport final du module jusqu?à la centrale PV ; ? renforcer le caractère discriminant du dispositif d?évaluation du critère « carbone » dans le cahier des charges des appels d?offres de telle sorte à donner un avantage réel aux projets les plus exemplaires en termes d?empreinte carbone. Recommandation 10 Renforcer le pouvoir de contrôle des organismes chargés de contrôler les valeurs des ACV fournies par les candidats aux appels d?offres. Renforcer les contrôles post-installation, avec, par exemple, la mise en place de contrôle sur place réalisé par un organisme indépendant et agréé, pour écarter tout risque de fraude et garantir l?effectivité du critère carbone. D. Favoriser le développement industriel en France/Europe d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone Le développement d?une filière PV bas carbone et de haute performance environnementale est un impératif pour maximiser les bénéfices du déploiement du PV au niveau mondial, et en Europe, et plus particulièrement en France (faible intensité carbone du mix électrique), pour l?inscrire en cohérence avec les objectifs climatiques. Cet impératif peut constituer une opportunité pour relocaliser en Europe toute ou partie de la filière du PV. Elle permettrait de créer de la valeur ajoutée et davantage d?emplois qualifiés. Forte de son mix électrique très bas carbone et de la robustesse de son réseau de laboratoires de recherche, la France pourrait développer des activités sur l?amont de la filière PV (lingots et wafers), ainsi que, sur l?aval, dans des produits PV dits de niches présentant une réelle opportunité de marché, par exemple pour le bâtiment (et plus globalement l?environnement bâti), la mobilité, les applications nomades. 90 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La création d'une filière européenne du photovoltaïque est inscrite dans les actions du comité stratégique de filière sur les énergies nouvelles. Elle n?est réaliste qu?avec une forte implication des pouvoirs publics et des industriels car, pour être mise en place et perdurer, un ensemble de conditions doivent être remplies : ? des acteurs industriels européens fédérés autour d?objectifs partagés de développement d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone ; ? la mise en place d?un cadre de régulation européen favorable au déploiement d?une filière industrielle européenne du PV. Cette étape est fondamentale pour asseoir la confiance des industriels, préalable indispensable à leur engagement dans tout projet industriel. Il s?agit d?accorder un avantage au « made in Europe » en intégrant un critère « contenu local », ou, à défaut, un « critère carbone » dans les appels d?offres mettant en concurrence les porteurs de projet de centrales. Un tel mécanisme permettrait de maintenir une concurrence par les prix, indispensable pour préserver une dynamique d?innovation. Sa mise en place se justifierait au regard de l?intensité énergétique des étapes amont de la production des modules photovoltaïques et du mix énergétique plus favorable en Europe. En l?absence de critère carbone généralisé à l?échelle de l?UE, sera favorisée de fait la production chinoise, certes à prix compétitif, mais à plus haut coût environnemental ; ? l?octroi du statut de « projet important d?intérêt européen commun » (« Important project of common european interest », ou IPCEI). En effet, au regard des capacités d?investissement de la Chine et de sa stratégie industrielle volontariste (subventions massives, taxes sur les importations?), il ne sera pas possible de faire émerger une filière industrielle européenne du PV sans un soutien massif des pouvoirs publics (à l?instar de la Norvège), sous la forme notamment de subventions d?investissement. Or, le versement de subventions nationales à un secteur concurrentiel n?est possible que dans le cadre des IPCEI ; ? le maintien du tissu de laboratoires de recherche, l?innovation restant un élément déterminant de compétitivité dans les années à venir, y compris sur le recyclage industriel et en fin de vie. Or, ce maintien sera difficile en l?absence d?industriels sur le territoire ; ? la comparaison du coût moyen du kWc installé « made in Europe », avec celui, inférieur, du kWc « made outside Europe ». S?il est impossible aujourd?hui d?évaluer l?ampleur ou l?impact potentiel du coût au kWc d?une filière européenne sur la vitesse du déploiement du PV, cette évaluation est un prérequis à toute décision sur un tel projet. Recommandation 11 Évaluer l?impact de la mise en place d?un « contenu local » ou de la généralisation d?un « critère carbone » dans les critères des appels d?offres au niveau français et européen sur : ? le prix du PV et sa vitesse de déploiement associé ; ? le contenu carbone des modules ; ? la répartition par technologies. Recommandation 12 Identifier des objectifs susceptibles de fédérer les acteurs industriels européens dans le domaine du PV et soutenir, au niveau européen, la mise en place des outils réglementaires et incitatifs cohérents avec ces objectifs. L?intégration d?un critère « bas carbone » dans les appels d?offres est une piste à privilégier compte tenu de la faible intensité carbone du mix électrique européen. OEuvrer au niveau européen pour faire reconnaître un projet de filière industrielle européenne de PV comme « important project of european common interest », garantissant la possibilité de subventionner ce secteur. Faire reconnaître le droit et l?intérêt de la mise en place d?un « contenu européen » dans les critères des appels d?offres visant le déploiement du PV de sorte à garantir dans la durée la possibilité de subventions aux projets. À défaut, pousser pour étendre à l?Union européenne le dispositif français de prise en compte du bilan GES dans les objectifs de déploiement du PV. 91 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Recommandation 13 Orienter massivement la recherche vers le développement de produits PV respectueux du climat, de l?environnement et des ressources naturelles, y compris pour les nouvelles générations de technologies PV dont certaines semblent aujourd?hui particulièrement prometteuses (cellules à base de pérovskite, cellules multijonctions) et assurer le maintien des compétences R&D nécessaires au développement de nouvelles technologies pour les secteurs stratégiques (spatial, aéronautique, défense) et pour accompagner les nouvelles filières (drones, automobile électrique et avion électrique). Recommandation 14 Pour rendre possible un déploiement PV de haute qualité environnementale et bas carbone, et ce, même en l?absence de développement d?une filière européenne avec des acteurs européens : ? développer la valorisation des compétences développées en R&D en maximisant le retour financier, par exemple sous la forme d?un transfert des technologies vers des acteurs non européens pour des implantations d?usine en Europe à travers la mise en place de critères de conditionnalités bas carbone ou contenu européen. En l?absence d?industriels en France et en Europe, les compétences développées en R&D sont néanmoins amenées à disparaître à plus ou moins brève échéance ; ? porter les enjeux associés au développement de produits de haute performance environnementale et bas carbone dans les instances internationales pertinentes (G7, G20, OCDE). Il s?agirait notamment de pousser les acteurs publics et privés à prendre conscience des enjeux environnementaux liés au développement du PV, des leviers pour les réduire, et de partager les bonnes pratiques en vue de susciter des initiatives visant à améliorer le bilan environnemental de ce secteur. Une telle initiative pourrait être particulièrement pertinente dans le cas où des travaux ambitieux sur l?écoconception des systèmes PV seraient engagés au niveau européen. 92 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? GLOSSAIRE Intermittence : caractère variable, discontinu et non programmable de la production d?énergie par certaines énergies renouvelables du fait de leur dépendance aux conditions météorologiques et au cycle jour/nuit. Dans la mesure où l?énergie électrique se stocke mal (du moins jusqu'à présent), il est indispensable, pour assurer l'équilibre du réseau, qu?à tout moment, la quantité d?électricité produite soit égale à la quantité d?électricité consommée. Le facteur dimensionnant pour le réseau électrique n?est donc pas la quantité d?électricité produite sur une période donnée, mais la puissance maximale qu?il est capable de fournir, qui doit être à tout moment supérieure à la puissance appelée par les consommateurs d?électricité. Kerf79 : poudre pulvérulente issu de la découpe des lingots du polysilicium. Matière première critique : sont considérées comme critiques les matières premières caractérisées par un risque d?approvisionnement et une importance économique élevés. Passivation : procédé qui supprime ou diminue l?activité électrique de surface en évitant la capture de charges électriques. La passivation peut saturer les liaisons non satisfaites (liaisons pendantes) ou créer, à la surface, une zone chargée électriquement qui repousse les porteurs de charge du signe opposé. Puissance d?un panneau : puissance électrique maximale fournie dans des conditions de température et d?ensoleillement standard. S?exprime en Watt-crête (Wc). Ressource solaire : correspond à la quantité d?énergie solaire reçue : celle-ci dépend des saisons, de la nébulosité du ciel, de l?heure de la journée, du lieu géographique (position par rapport à l?équateur notamment), de l?orientation et de l?inclinaison du panneau. Le rayonnement solaire en France est en moyenne de 1 450kWh/m2 et par an. L?énergie produite par un système PV dépend de sa localisation, mais on estime en moyenne, pour un kWc, l?énergie produite sur une année à 1 200 kWh. A titre de comparaison, la consommation moyenne d?un foyer français est de l?ordre de 5 000 kWh. Tracking : dispositif qui permet au panneau de pivoter en fonction du mouvement du soleil. Watt_heure (Wh) : quantité d?énergie consommée ou fournie par un système d?une puissance de 1 Watt pendant une heure. 79 Mot anglais signifiant « trait de scie ». 93 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? ANNEXES 94 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Annexe 1 : Impact du déploiement à l?échelle mondiale d?une capacité cumulée de 12,5 TWc Sur les matières non spécifiques au photovoltaïque Besoins pour 12,5 TWc de capacité PV (en Mt) (1) Production 2014 (en Mt) Besoins du PV à l?horizon 2050 en nombre d?années de production 2014 Acier 900 1661 (3) 0,5 Béton 800 972 (4) 0,8 Verre plat 630 61 (2) 10,3 Aluminium 100 54 (5) 2 Cuivre 60 18 (6) 3 Sources : (1) D?après « Pathways for solar photovoltaïcs », Joël Jean, Patrick R. Brown, Robert L. Jaffe, Tonio Buonassisi, Vladimir Bulovic dans Energy and Environemntal Science, 2015 ; (2) Données reconstituées sur la base de l?article sus-cité ; (3) Worldsteel association; (4) Intermat filière béton; (5) World Mining data; (6) ICSG. Sur les matières spécifiques au photovoltaïque Besoins pour 12,5 TWc de capacité PV (en mT) (2) Production 2014 (en Mt) Besoins du PV à l?horizon 2050 en nombre d?années de production 2014 technologies cristallines Silicium solaire 20 0,23 (1) 87 Argent 0,3 0,027 (3) 11 technologies CdTe Cadmium 0,4 0,024 (3) 17 Tellure 0,4 0,00045 (3) 900 Sources : (1) BRGM, à dire d?experts ; (2) d?après « Pathways for solar photovoltaïcs », Joël Jean, Patrick R. Brown, Robert L. Jaffe, Tonio Buonassisi, Vladimir Bulovic dans Energy and Environemntal Science, 2015 ; (3) World Mining data. 95 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Annexe 2 : Matrice des impacts économiques, géopolitiques, environnementaux et sociaux associés aux principales ressources mobilisées par chacune des trois technologies PV (source BRGM) Technologies PV mono et multicristallines Etape de la chaine de valeur concernée Usage pour la techno / utilisation globale (%) Risques associés/points de vigilance Technico-économiques Géopolitiques Re ss ou rc es Ag (minerai) Extraction 8 % de la consommation mondiale en Ag est destinée au PV [28] Faible *** [28] : - produit à 70 % comme sous-produit du plomb, zinc, cuivre et or et 30 % comme substance principale - gisements de nature et de taille variés - réserves importantes, évaluées à 560 kt en 2018 [29] Faible *** [28] : - nombreux producteurs miniers bien répartis géographiquement, dont Mexique (21 %), Pérou (17 %), Chine (13 %) Ag (métal - 99,9 %) Transformation 14 % de la consommation industrielle mondiale en Ag est destinée au PV [29] Faible *** [28] : - procédé métallurgique classique (raffinage au chlore ou électrolyse) - nécessite des matières premières : minerais d'argent, cuivre, plomb, zinc, ou or Faible *** [28] : - production métallurgique plus concentrée que la production minière mais également bien répartie SiO2 Extraction < 1 % [2] Moyen *** [3] : - ressource très abondante mais la production de Si-MG requiert une certaine qualité de quartz (quartzite, grès, galets de silex) Faible *** [3] : - local MG-Si (99,8 % Si) Transformation 18 % du MG-Si mondial est destiné aux applications PV [3] Moyen ** : - procédé métallurgique classique (four à arc) - nécessite des matières premières : quartz, copeaux de bois, houille, coke de pétrole, charbon, électrodes Moyen ** [5] : - domination de la Chine (surcapacités, maîtrise des prix) SoG-Si (99,9999 % Si) Transformation > 99 % du silicium de qualité solaire 6N est destiné aux applications PV Fort ** : - procédé SIEMENS très complexe et très capitalistique (investissement initial élevé) - alternatives possibles (Elkem, REC silicon) Fort *** : - seuls quelques acteurs dans le monde (GCL, OCI, Wacker, Dow Corning, Shin-etsu, REC silicon), la plupart en Asie Ch aî ne d e va le ur Lingots Transformation Moyen ** : - besoin de creusets en quartz à usage unique Moyen ** : - possible en France (avec des creusets importés de Chine) mais réalisé principalement en Asie - importantes surcapacités de production, notamment des acteurs chinois Wafers Transformation Moyen *** : - fortes pertes en matières lors de la découpe (40 %) Moyen *** : - produit principalement en Asie - importantes surcapacités de production, notamment des acteurs chinois Cellules Intégration Faible ** : - procédé de haute technicité bien maitrisé Fort *** : - forte domination asiatique Panneaux Intégration Faible ** : - besoin de composants spéciaux non critiques (ex : colle siliconée) Faible *** : - assemblage en France Fermes Utilisation Faible * : - bonne disponibilité des terrains et faible coût Faible ** : - local 96 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologies PV mono et multicristallines Etape de la chaine de valeur concernée Risques associés/points de vigilance Références Commentaires Fiche de criticité existante Environnementaux Sociaux Re ss ou rc es Ag (minerai) Extraction Fort ** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - impacts dus à l'exploitation variés, selon la nature du gisement, la méthode employée et la localisation [5] - enjeux variables selon la nature du gisement, la localisation et la méthode d'exploitation - grèves notamment en Amérique centrale et du Sud - mines artisanales : oui [28][29] [4][5] La production secondaire mondiale représente environ 15 % de la consommation mondiale EOL-RR : 30-50 % RC : 20-32 % [28] Oui [29] Ag (métal - 99,9 %) Transformation Moyen ** [5] : - procédé énergivore - utilisation fréquente de produits chimiques toxiques comme le chlore - émissions de GES variables selon la zone de production - conditions de travail pouvant être difficiles (chaleur, fatigue, risque d'accident, etc.) - mais bonnes conditions de sécurité car relève de la chimie de pointe [28][29] [5] SiO2 Extraction Moyen ** : - utilisation des sols et emploi de réactifs [4] - perturbation des milieux aquatiques (surtout si gisement alluvionnaire) [5] - pas d'enjeu particulier sur la consommation en eau - absence de toxicité sur la ressource SiO2 - consommation énergétique de 0,2 kWh/kg de SiO2 [25] - impacts conventionnels d'une carrière - mines artisanales : non [1][2][3][4] [7][8][9][25] Panorama disponible sur la silice industrielle et sur les filières d'approvisionnement pour le silicium métal français MG-Si (99,8 % Si) Transformation Moyen *** : - émissions de CO2, NOx, SOx, composés organiques volatils, PM10 [6] - toxicité limitée du Si - procédé énergivore : environ 30 kWh/kg de MG-Si [25] - émissions de GES et de particules (mix électrique chinois) - conditions de travail pouvant être difficiles (chaleur, fatigue, risque d'accident, etc.) [3][4][5][6] [7][8][9][25] Oui [3] SoG-Si (99,9999 % Si) Transformation Moyen ** : - procédé très énergivore : environ 100 kWh/kg poly-Si [25]consommation d'électricité de 55 kWh/kg pour le procédé SIEMENS [23] - fortes émissions de GES et de particules (mix électrique chinois) - utilisation de nombreux acides et produits toxiques - toxicité limitée du Si - bonnes conditions de sécurité car relève de la chimie de pointe [7][8][9] [23][25] Ch aî ne d e va le ur Lingots Transformation Moyen ** : - contribution de la phase "lingots" pour environ 30 % du total cycle de vie sur plusieurs catégories d'impact : émissions de GES, consommation d'eau, dégradation des écosystèmes [23] - procédé énergivore - fortes émissions de GES et de particules (mix électrique chinois) [7][8] Wafers Transformation Faible * : - a priori pas d'enjeu particulier [7] Cellules Intégration Faible * : - utilisation de substances toxiques (à faible dose) dans les procédés de fabrication des cellules [23] [7][22][23] Panneaux Intégration Moyen * : - émissions de GES sur l'ensemble du cycle de vie des technos multi-Si : 23 à 44 [12] ou 44 [22] g CO2eq/kWh - émissions de GES sur l'ensemble du cycle de vie des technos mono-Si : 29 à 45 [12] ou 65 [22] g CO2eq/kWh [7][12][22] [29] l'Ag représente environ 15 % du coût de revient des panneaux PV [29] Fermes Utilisation Moyen ** : - affectation des sols selon utilisation (en toiture ou au sol) - impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) - acceptabilité sociale [7][23] 97 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie PV des couches minces Etape de la chaine de valeur concernée Usage pour la techno / utilisation globale (%) Risques associés/points de vigilance Technico-économiques Géopolitiques Re ss ou rc es Cd (sous-produit du Zn) Extraction 1 à 2 % du Cd mondial est utilisé pour l'usage PV (80 % pour les batteries NiCd) ** [13] Faible *** [10] : - Cd essentiellement sous-produit de la métallurgie du Zn par hydro ou pyrométallurgie (faible proportion des producteurs de Zn concernés) - en moyenne 3 kg Cd/t Zn (d?après les données USGS la production serait ainsi de 26 kt sur un potentiel de 39 kt) - réserves mondiales Cd : 500 kt estimées à partir de celles de Zn sur la base d?un rapport de 1 pour 200 à 400. Faible *** [10] : - faible concentration des producteurs de Cd mondiaux : Chine (30 %), Corée du sud (19 %) et Japon (8 %) Cd (99,99 %) Transformation Faible * : - aucun a priori [5] Faible *** [10] : - faible concentration des producteurs de Cd mondiaux : Chine (30 %), Corée du sud (19 %) et Japon (8 %) Cd (99,999 %) Transformation Moyen ** [10][14] : - production hautement spécialisée et réservée a quelques acteurs Moyen ** [10][14] : - forte valeur ajoutée, petit nombre d'acteurs (Chine, États-Unis, Canada, Corée) Te (sous-produit du Cu à 90 %) Extraction 40 % du Te mondial est destiné aux applications PV *** [21] Fort *** [21] : - environ 0,065 kg de Te récupérable par tonne de Cu - séquence de traitement longue demandant une chimie de pointe [20] - il existe néanmoins un potentiel important de récupération du Te lors de la pyrométallurgie du cuivre Moyen *** [21] : - la Chine produit plus de 60% du Te Ch aî ne d e va le ur Cristaux ou poudres CdTe de haute pureté Transformation Principalement pour panneaux PV CdTe ** (% inconnu). Autres usages minoritaires (Imagerie médicale) Moyen ** : - forte valeur ajoutée, petit nombre d'acteurs (Chine, États-Unis, Canada, Corée) Thinfilm CdTe Transformation Moyen *** : - 2 acteurs mondiaux principaux intégrés : First Solar (US) et Calyxo (All.) Panneaux Intégration Fermes PV Utilisation Faible * : - bonne disponibilité des terrains et faible coût Faible ** : - local 98 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie PV des couches minces Etape de la chaine de valeur concernée Risques associés/points de vigilance Références Fiche de criticité existante Environnementaux Sociaux Re ss ou rc es Cd (sous-produit du Zn) Extraction Fort *** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - importante consommation d'énergie [4] - forte toxicité du cadmium Cependant les risques sont ceux associés aux processus métallurgiques (intégrés) soumis à un certain nombre de normes (leur respect dépend du producteur et de la zone de production) - les enjeux sont ceux de l'industrie métallurgique associée (dépend du producteur et de la zone de production) - mine artisanale : non - forte toxicité du Cd [10][4] à paraître Cd (99,99 %) Transformation Moyen ** : - en Chine, les zones de production sont hautement polluées au Cd [13] - sécurité des travailleurs dans ces zones [5][10][13] Cd (99,999 %) Transformation Moyen * : - peu de données, secteur spécialisé et très confidentiel - émissions atmosphériques de Cd au cours de la purification du Cd : 12 mg Cd/kg Cd produit [26] - conditions de travail peu connues car secteur spécialisé et très confidentiel [10][14][26] Te (sous-produit du Cu à 90 %) Extraction Moyen ** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - pas d'enjeu particulier sur la consommation d'énergie [4] - risque de compétition sur les usages de l'eau [4] - les tellurites solubles sont toxiques pour la santé alors que le tellure et les tellurures stables sont relativement inertes [20] - a priori pas d'enjeux particuliers compte tenu des faibles quantités de tellure produites - mine artisanale : non [20][21][4] Oui Ch aî ne d e va le ur Cristaux ou poudres CdTe de haute pureté Transformation Moyen ** : - CdTe hautement toxique par ingestion, inhalation ou si incorrectement manipulé [11] (l'exposition dépend des conditions de travail) - forte écotoxocité du CdTe sur les milieux aquatiques [9] - le CdTe serait moins toxique que le Cd élémentaire * [12] [9][10][11] [12][14] Thinfilm CdTe Transformation Moyen *** : - le principal enjeu environnemental est la présence inévitable de Cd lors de la production et du traitement du CdTe [11]. Sa toxicité a d'ailleurs conduit à en limiter voire interdire l'usage dans de nombreux secteurs (voir directive RoHs). [11][12][23] [11][12][23] Panneaux Intégration Moyen * [12][26] données de consommation et d'émissions sur l'ensemble du cycle de vie d'un panneau CdTe, d'après First Solar : - émissions de GES : 14 à 35 g CO2eq/kWh - émissions atmosphériques de Cd : de 1,3 mg Cd/m² - consommation d'eau : 385 à 425 l/MWh [12][26] Fermes PV Utilisation Moyen ** : - affectation des sols selon utilisation (en toiture ou au sol) - à puissance installée égale, l'emprise au sol des panneaux CdTe est supérieure à celle des panneaux Si - impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) -acceptabilité sociale [7][23] 99 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie PV pérovskite Etape de la chaine de valeur concernée Usage pour la techno / utilisation globale (%) Risques associés/points de vigilance Références Fiche de criticité existante Technico- économiques Géopolitiques Environnementaux Sociaux Re ss ou rc es Pb Extraction < 1 % La production mondiale de plomb est de l'ordre de 4,5 Mt Faible *** [15] : - nombreuses typologies de gisements et types d'exploitations - alerte relative sur des réserves mondiales en baisse (~20 ans de temps d'épuisement théorique) - exploité comme produit principal ou sous-produit Faible *** [15] : - si la Chine produit 50 % de la production primaire, de nombreux pays produisent entre 100 et 500 kt/an Fort *** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - enjeux modérés sur l'eau - émissions de GES variables selon la zone de production - forte toxicité du plomb [17] - les enjeux sont ceux de l'industrie métallurgique associée (dépend du producteur et de la zone de production) - mine artisanale : non - forte toxicité du Pb, cependant les risques sont ceux associés essentiellement aux processus métallurgiques soumis à un certain nombre de normes (leur respect dépend du producteur et de la zone de production) [15][17][4] non Ch ai ne d e va le ur Thinfilm à base d'halogénure de Pb Transformation Faible*** [18] : - encore au stade de la R&D - des substituts moins toxiques sont déjà à l'étude (étain, bismuth) Faible* [18] : - à ce stade de développement, surtout des compétitions entre laboratoires internationaux Faible ** [16] : - peu de données - certaines études d'ACV indiquent des impacts moindres que certains substituts (étain) - Sn, qui pourrait être un substitut moins toxique que le plomb, fait partie des métaux de conflit (3 TG) [16][18] Cellules Intégration Moyen ** [23] : - en tandem sur Silicium : impacts similaires aux cellules Si + impact dû au Pb - pérovskites seules : process peu énergivore (procédés de fabrication à température relativement basse) [23] Modules Intégration - environ 50-70 µg Pb/cm² (environ 1/3 de plomb dans une couche de pérovskite) [23] Moyen ** [27] : - émissions de GES sur le cycle de vie d'un module pérovskite : 30 g CO2eq/kWh (simulation d'après une étude à l'échelle pré-industrielle) - courte durée de vie des pérovskites [23][27] 100 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 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Annexe 3 : Les structures de coût du PV Dans son rapport intitulé « Filière Photovoltaïque Française : Bilan, Perspectives et Stratégie » de septembre 2015, l?Ademe a procédé une analyse de filière permettant de ventiler la valeur du marché PV entre consommations intermédiaires, spécifiques ou non, valeur ajoutée et importations. Après plusieurs décompositions successives, on obtient une décomposition de la valeur du marché français en importations, consommations intermédiaires non spécifiques et valeur ajoutée. Dans un domaine où les évolutions sont très rapides, ces chiffres datent un peu. Cependant, les grandes tendances n?ont pas changé. Les consommations intermédiaires sont les valeurs des biens et services transformés ou entièrement consommés au cours du processus de production. Les consommations intermédiaires spécifiques sont celles qui n?existent que dans la filière PV. Par exemple, la production de modules a comme consommation intermédiaire spécifique les cellules et wafers. Les consommations intermédiaires non spécifiques sont celles qui sont communes aux autres entreprises, hors de la filière PV. L?intérêt de distinguer les consommations intermédiaires spécifiques est d?appliquer des taux d?importations et des ratios d?emplois adaptés à la filière PV Le premier graphique présente une décomposition de la valeur du marché de la production d?installations « clés en mains » (de la fabrication des modules jusqu?à l?installation en intégrant les éléments de structures, les équipements électriques, les études, le raccordement, etc.). Le second graphique présente la décomposition de la production de la maintenance et enfin le troisième graphique présente la décomposition de la production des équipementiers. Figure 20 : décomposition de la valeur du marché 2014 de la production d?installations « clés en mai » Figure 21 : décomposition de la production de la maintenance en 2014 Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 102 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 22 : décomposition de la production des équipementiers en 2014 Le graphique suivant est particulièrement intéressant car grâce au ratio valeur ajoutée/ production, il permet de détecter les segments sur lesquels le plus de richesses sont créées. Figure 23 : ratios valeur ajoutée / production pour l?ensemble des activités de la chaîne de valeur en 2014 Note de lecture : en France, la valeur ajoutée liée à la production de modules ne représente que 12 % de la valeur de cette production. C?est le segment qui crée le moins de richesses : il s?agit essentiellement d?une activité d?assemblage de cellules fabriquées à l?étranger. Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 103 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le diagramme suivant représente une décomposition de la valeur ajoutée de la filière PV selon les segments de la chaîne de valeur. Figure 24 : décomposition de la valeur ajoutée de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Une décomposition des emplois selon les segments de la chaîne de valeur de la filière PV a également été réalisée. Cette décomposition distingue les emplois directs, indirects et induits. Figure 25 : décomposition des emplois directs de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 104 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 26 : décomposition des emplois indirects de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Figure 27 : décomposition des emplois induits de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 105 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Les effets et emplois directs se rapportent aux activités de production « directes », c?est-à-dire celles qui concernent des produits spécifiques à la filière PV. Il s?agit par exemple de la fabrication de modules, onduleurs, etc. Les effets et emplois indirects concernent les activités de la production « indirectes », c?est-à- dire celles qui concernent la fabrication de produits nécessaires à la fabrication des produits directs. Ces activités de production ne sont pas spécifiques à la filière PV. Les effets et emplois induits concernant les activités « induites », c?est-à-dire celles qui relèvent des interactions de la filière avec le reste de l?économie : effet d?entrainement par la dépense de consommation, les revenus supplémentaires générés (ou la perte de revenus), etc. Le tableau ci-après présente un récapitulatif de l?ensemble des emplois générés par la filière PV. En 2014, on estime ce nombre à environ 16 500 emplois. Figure 28 : évaluation des emplois directs, indirects et induits en 2014 selon la situation dans la chaîne de valeur Source : Ademe, modèle in Numeri 106 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Annexe 4 : Hypothèses de calcul pour les émissions évitées en cas de relocalisation de la production chinoise en Europe Tableau 14 : hypothèses générales de calcul Hypothèses générales Module 1,6 m2 60 cellules Rendement monocristallin 19,7 % (source : CRE) Rendement multicristallin 17,6 % (source : CRE) Rendement CdTe 16,6 % (source : CRE) Conditions standard de test 1000 W/m2 Capacités installées d'ici 2030 en France 36 GWc Capacités installées d'ici 2030 en Europe 200 GWc Cas 1 : Part du parc installé en France relocalisé en Europe 50 % Cas 2 : Part du parc installé en Europe relocalisé en Europe 30 % Tableau 15 : hypothèses sur le contenu en matière d?un panneau de 60 cellules et 1,6 m2 Matériaux/composant Quantité contenue dans un module (pertes et casses négligées) Quantité nécessaire à la fabrication d'un module Toute technologie EVA (kg) 1,422 1,436 PET (kg) 0,408 0,424 Verre (kg) 13,280 13,413 Trempe (kg) 13,280 13,413 Module (m2) 1,6 1,6 Cellules (nombre) 60 61,200 Wafers (nbre) 60 63,648 Multicristallin Lingot (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,115 Polysilicium (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,126 Lingot (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,558 Polysilicium (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,563 Monocristallin Lingot (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,083 Polysilicium (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,126 Lingot (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,542 Polysilicium (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,563 107 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Tableau 16 : facteurs d?émissions Matériaux/composant Facteurs émissions France Facteurs émissions Allemagne Facteurs émissions Chine Toute technologie EVA (kgCO2eq/kg) 2,6 2,8 2,9 PET (kgCO2eq/kg)) 2,6 2,7 2,8 Verre(kgCO2eq/kg) 1,0 1,1 1,2 Trempe (kgCO2eq/kg) 0,2 0,2 0,2 Multicristallin Module (kgCO2eq/m2) 7,4 9,6 11,4 Cellules (kgCO2eq/nombre) 0,2 0,4 0,6 Wafers (kgCO2eq/nbre) 0,3 0,6 0,9 Lingot (kgCO2eq/kg) 1,7 10,8 18,3 Polysilicium kgCO2eq/(kg) 23,1 87,7 141,0 Monocristallin Module (kgCO2eq/m2) 7,4 9,6 11,4 Cellules (kgCO2eq/nombre) 0,1 0,4 0,5 Wafers (kgCO2eq/nbre) 0,4 0,8 1,1 Lingot (kgCO2eq/kg) 7,3 10,8 80,3 Polysilicium kgCO2eq/(kg) 23,1 87,7 141,0 CdTe Module (kgCO2eq/m2) 8,5 24,9 39,4 Source : cahier des charges des appels d?offres du ministère de la transition écologique 108 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? TABLE DES MATIÈRES RAPPEL DU CONTEXTE ............................................................................................................ 7 SYNTHÈSE .................................................................................................................................. 8 INTRODUCTION ...................................................................................................................... 13 I. De l'effet photoélectrique aux centrales PV : des composants multiples aux propriétés plus ou moins spécifiques .................................................................................................................................. 15 A. L?effet photoélectrique ou comment convertir l?énergie lumineuse en énergie électrique ........... 16 B. De la cellule à la centrale photovoltaïque ................................................................................................. 17 1. La cellule .......................................................................................................................................................... 17 2. Le module ........................................................................................................................................................ 17 3. Le mode d?installation de la centrale ........................................................................................................ 18 4. L?onduleur et les différents composants électriques ............................................................................. 18 II. Le développement attendu de l?énergie photovoltaïque, indispensable à la transition bas carbone, aura des conséquences importantes sur la demande en ressources minérales............. 19 A. Un développement très rapide du photovoltaïque depuis la fin des années 2000 mais toujours une faible part dans le mix électrique mondial ............................................................. 20 B. Une énergie de plus en plus compétitive amenée à jouer un rôle important dans la transition bas carbone .................................................................................................................... 20 C. En France, le marché du photovoltaïque suit globalement les mêmes tendances ........................... 21 D. Conclusion ....................................................................................................................................................... 21 III. Analyse du secteur du PV : choix des technologies à retenir et identification des matières clés associées .............................................................................................................................. 23 A. Malgré un foisonnement d?innovations, les technologies des cellules cristallines resteront dominantes sur le marché d?ici 2030 ....................................................................................... 24 1. Deux grandes familles de cellules PV se partagent le marché : les cellules au silicium cristallin et les cellules couches minces ............................................................................... 24 (A) Les cellules au silicium cristallin : de plus en plus performantes, de plus en plus sophistiquées ...................................................................................................................................................... 24 (B) Des cellules couches minces moins consommatrices de matières ....................................................................................... 25 2. L?imposante domination des technologies au silicium au niveau mondial se retrouve au niveau français, avec quelques nuances toutefois ..................................................... 25 (A) Une imposante domination des technologies cristallines, avec une montée progressive du monocristallin aux dépens du multicristallin ................................................................................................. 25 (B) Les cellules couches minces, dominées par le tellurure de cadmium, restent très minoritaires au niveau mondial, mais pas en France ......................................................................................... 27 3. Le silicium va continuer à dominer le marché car l?émergence industrielle d?une technologie de rupture n?est pas envisagée avant 2030 ........................................................... 28 B. Le PV mobilise une grande variété de matières, mais seul un petit nombre d?entre elles est spécifique à chaque technologie .................................................................................. 31 1. Une grande diversité de matières dans les modules ... .......................................................................... 31 2. ? dont il est difficile de donner une composition moyenne car les évolutions sont rapides ....... 31 3. Les performances et la composition matières des autres éléments d?une centrale PV évoluent aussi rapidement ......................................................................................................................... 34 (A) L?onduleur : un organe électrique indispensable, de plus en plus sophistiqué ................................................................... 34 (B) Une connectique gourmande en cuivre .................................................................................................................................... 35 (C) Des éléments de structure des systèmes PV ............................................................................................................................ 35 4. Les matériaux clés du photovoltaïque - récapitulatif ........................................................................... 36 109 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? IV. Dans la décennie à venir, les enjeux « ressources » du PV seront principalement déterminés par les technologies cristallines et leur évolution .................................................................. 39 A. Impact de la croissance du PV sur les ressources minérales ................................................................. 41 1. Une augmentation de la consommation de ciment et de métaux de base, a fortiori si les installations aux sols sont dominantes ........................................................................... 41 2. L?impact du PV sur la demande en acier et en béton est faible, même si ce sont les matériaux que le PV utilise en plus grandes quantités..................................................................... 41 3. L?impact du PV sur la demande en aluminium et en cuivre est significatif ......................................... 42 4. L?impact du PV sur la demande en verre plat pourrait être important ............................................ 42 5. Parmi les matières spécifiques au PV, l?impact serait particulièrement marqué pour l?argent et le tellure ............................................................................................................................ 42 B. Analyse de la chaîne de valeur des 3 technologies PV considérées .................................................... 44 1. Les technologies cristallines ....................................................................................................................... 44 (A) Les principales étapes de la production des modules cristallins .......................................................................................... 44 (B) Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur des modules cristallins ................................................................. 45 (C) La place des acteurs industriels français ................................................................................................................................... 46 (D) La chaîne de valeur de la pâte d?argent pour les cellules cristallines ................................................................................... 46 2. Les modules CdTe ........................................................................................................................................ 49 (A) Les principales étapes de la production des modules CdTe ................................................................................................. 49 (B) Analyse de la chaîne de valeur des modules couches minces CdTe .................................................................................... 49 (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur ...................................................................................................... 49 3. Analyse de la chaîne de valeur des modules tandem-pérovskites ...................................................... 51 (A) Les principales étapes de la production ..................................................................................................................................... 51 (B) Chaîne de valeur des modules tandem-pérovskite .................................................................................................................. 51 (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur ....................................................................................................... 51 C. Les risques économiques ............................................................................................................................. 52 1. L'argent, le silicium solaire et le tellure présentent les risques économiques les plus importants ....................................................................................................................................... 52 2. Le déploiement du PV renforce la dépendance extérieure de l?Europe et de la France et la vulnérabilité des acteurs industriels .................................................................... 53 3. Un tissu de laboratoire européen dynamique et de renommée mondiale, mais jusqu?à quand ? .................................................................................................................................... 53 4. Un risque d?approvisionnement accru pour le marché des modules bas carbone français ......... 53 D. Les risques environnementaux, sanitaires et sociaux associés aux 3 technologies PV étudiées ... 55 1. Les modules cristallins : des impacts environnementaux dominés par les émissions de gaz à effet de serre et d?autres polluants atmosphériques (Nox, SO2, PM10, COV) ................... 55 2. La filière PV cristallin a une marge de manoeuvre importante pour réduire les impacts environnementaux liés à la fabrication du polysilicium .................................................. 55 3. Les impacts environnementaux des matières minérales mobilisées par les modules CdTe sont fortement liés à la toxicité du cadmium ....................................................... 56 4. Moins de gaz à effet de serre et moins de polluants de l?air pour les modules CdTe .................... 56 5. Un meilleur bilan environnemental pour les cellules pérovskites ?.................................................... 56 6. Un bilan environnemental plus lourd pour les centrales aux sols que pour les installations sur toitures ........................................................................................................................ 57 7. Le recyclage des panneaux en fin de vie, une voie à approfondir pour diminuer les impacts environnementaux du PV ...................................................................................................... 59 V. Quelle place pour les acteurs français et européens sur le marché du photovoltaïque ? .................. 63 A. S?assurer d?un approvisionnement responsable en ressources minérales de la filière PV en favorisant une production nationale responsable de ressources primaires et secondaires .......... 65 B. Hormis sur le segment des équipementiers, les acteurs du PV français investissent essentiellement sur des activités non industrielles, riches en emplois non délocalisables ............ 67 1. La croissance soutenue du marché PV au niveau mondial offre de réelles opportunités aux équipementiers français, notamment à l?export ................................................... 67 2. Les autres acteurs français du PV se concentrent sur l?aval de la chaîne de valeur ....................... 68 110 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. Alors que la France dispose encore d?importantes capacités de recherche, son tissu industriel dans le secteur PV est de plus en plus fragile ....................................................... 69 1. Les acteurs industriels français sont principalement positionnés sur le segment peu capitalistique de la fabrication des modules ............................................................. 69 2. Une capacité de recherche encore affirmée, mais vulnérable ........................................................... 70 D. La production de panneaux bas carbone : une opportunité pour structurer un secteur industriel français et européen du PV dans le cadre d?une démarche plus globale d?écoconception ..................................................................................................................... 72 1. Une fabrication de polysilicium sur le sol français avantageuse sur le plan environnemental, mais incertaine sur le plan économique ................................................................. 72 2. La relocalisation de la fabrication des panneaux, du lingot au module, paraît moins risquée sur le plan financier mais ne sera possible qu?avec un réel soutien public et politique .. 74 3. Le recyclage à haute valeur ajoutée des panneaux en fin de vie : une opportunité industrielle et environnementale majeure .............................................................................................. 77 E. Des opportunités non négligeables pour certains marchés « de niche » .......................................... 79 1. Le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) ....................................................................................... 79 2. Le VIPV: «Vehicle integrated PV» .............................................................................................................. 79 3. Les modules légers et nomades pour le domaine militaire et pour le tourisme .............................. 80 4. Les « route solaires » .................................................................................................................................... 80 5. Le PV flottant avec modules dédiés ......................................................................................................... 80 VI. Recommandations ............................................................................................................................................... 81 A. Mieux gérer les approvisionnements ......................................................................................................... 82 B. Développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés .............................................................................................. 84 1. Faire de l?écoconception un axe de différenciation vertueuse des produits « made in France / Europe » ....................................................................................................................... 84 2. Trouver et diffuser des solutions industrielles pour un recyclage performant des panneaux photovoltaïques en fin d?usage ....................................................................................... 85 3. Évaluer la pertinence de développer et diffuser des solutions innovantes de recyclage des déchets industriels (kerf et liquide de découpe) ........................................................................... 85 4. Assurer la traçabilité des métaux lourds présents en quantité significative dans les panneaux photovoltaïques en fin de vie ........................................................................................... 85 5. Identifier les leviers d?actions pertinents pour lutter contre le renouvellement anticipé des panneaux photovoltaïques ................................................................................................................. 86 6. Anticiper les besoins en foncier liés au déploiement du photovoltaïque pour mieux en maîtriser les impacts .............................................................................................................................. 87 C. Garantir le déploiement, sur le sol français, de technologies PV de haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques .......................... 88 D. Favoriser le développement industriel en France/Europe d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone ................................................................... 89 GLOSSAIRE ................................................................................................................................................................. 92 ANNEXES .................................................................................................................................................................... 93 Annexe 1 : Impact du déploiement à l?échelle mondiale d?une capacité cumulée de 12,5 TWc ....... 94 Annexe 2 : Matrice des impacts économiques, géopolitiques, environnementaux et sociaux associés aux principales ressources mobilisées par chacune des trois technologies PV (source BRGM) ....................................................................................................................... 95 Annexe 3 : Les structures de coût du PV ....................................................................................................... 101 Annexe 4 : Hypothèses de calcul pour les émissions évitées en cas de relocalisation de la production chinoise en Europe ...................................................................................................................... 106 111 Commissariat général au développement durable Service de l?économie verte et solidaire Sous-direction de l?économie et de l?évaluation Tour Séquoia - 92055 La Défense cedex Courriel : diffusion.cgdd@developpement-durable.gouv.fr www.ecologie.gouv.fr https://www.ecologie.gouv.fr/ http://www.ecologie.gouv.fr/  (A) Les cellules au silicium cristallin : de plus en plus performantes, de plus en plus sophistiquées  (B) Des cellules couches minces moins consommatrices de matières  (A) Une imposante domination des technologies cristallines, avec une montée progressive du monocristallin aux dépens du multicristallin  (B) Les cellules couches minces, dominées par le tellurure de cadmium, restent très minoritaires au niveau mondial, mais pas en France  (A) L?onduleur : un organe électrique indispensable, de plus en plus sophistiqué  (B) Une connectique gourmande en cuivre  (C) Des éléments de structure des systèmes PV  (A) Les principales étapes de la production des modules cristallins  (B) Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur des modules cristallins  (C) La place des acteurs industriels français  (D) La chaîne de valeur de la pâte d?argent pour les cellules cristallines  (A) Les principales étapes de la production des modules CdTe  (B) Analyse de la chaîne de valeur des modules couches minces CdTe  (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur  (A) Les principales étapes de la production  (B) Chaîne de valeur des modules tandem-pérovskite  (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur << /ASCII85EncodePages false /AllowTransparency false /AutoPositionEPSFiles true 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La technologie monocristalline demande du polysilicium de plus haute pureté que la technologie multicristalline. Le lingot est ensuite découpé en fines lamelles (plaquettes ou wafers) dont l?épaisseur varie de 100 à 200 microns. Cette découpe génère une importante émission de poussières de polysilicium, le kerf. Non recyclé, il représente entre 30 et 50 % de pertes de polysilicium dans la production des modules cristallins. Des solutions de recyclage sont cependant en cours de développement en Europe et certaines seraient d?ores et déjà mises en oeuvre en Chine36. La fabrication des cellules photovoltaïques : pour produire la cellule photovoltaïque, les wafers ou plaquettes subissent différentes transformations : décapage, texturation de la surface pour améliorer la collecte des photons, ajout de dopants, dépôt d?une couche anti-reflet à l?avant de la plaque, dépôts de métaux (aluminium, cuivre, argent) pour assurer les contacts électriques. Le dépôt de ces métaux (dont l?argent reste aujourd?hui un composant essentiel) est historiquement réalisé, à l?échelle industrielle, grâce au procédé de sérigraphie (la pâte métallique est imprimée avant d?être recuite à haute température). L?optimisation du procédé de sérigraphie est indispensable pour limiter la masse d?argent imprimée (la quantité d?argent déposée régit le coût final des cellules) tout en veillant à maximiser le rendement des cellules. L?existence de nombreuses variantes pour chacune de ces étapes et leur multiplication conduisent à une diversité de types de cellules : chaque fabricant développe sa propre chaîne de production et mobilise de plus en plus de matières, souvent en petites quantités, plus difficiles à recycler. L?assemblage des modules : les cellules sont ensuite raccordées en chaînes, interconnectées entre elles puis encapsulées (modules). Il s?agit de protéger les cellules du milieu extérieur, de limiter les pertes optiques et les baisses de rendement dues à l?échauffement des cellules en fonctionnement. L?assemblage est un processus totalement automatisé. L?intégration des modules dans les systèmes photovoltaïques : les modules sont couplés à des équipements complémentaires (batteries, onduleurs, disjoncteurs, câbles...) pour qu?ils puissent produire de l?électricité et être raccordés au réseau si nécessaire. 36 Source : entretien avec le SER. 45 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La gestion de la fin de vie des panneaux photovoltaïques : une fois usagés (la durée de vie des panneaux est de 20 à 30 ans), les panneaux sont démantelés (cadre en aluminium, boîtiers de raccordement et câbles de connexion retirés) puis traités mécaniquement par broyage et triés par matériau (dans une unité industrielle située en France). Malgré le taux de recyclage élevé (de l?ordre de 95%), les fractions sortantes de ces étapes n?ont pas une pureté suffisante pour permettre un recyclage de haute valeur ajoutée. Le verre, qui représente en masse la part la plus importante des modules est valorisé en sous-couche routière. La figure 13 schématise les segments de la chaîne de production décrits ci-dessus. Elle synthétise, pour chaque étape, les principales données économiques et géopolitiques disponibles, et les acteurs français impliqués à chaque étape. Elle recense également les principaux flux de matières et d?énergie susceptibles de se traduire par des impacts environnementaux conséquents. (B) Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur des modules cristallins L?analyse de la chaîne de valeur des modules cristallins fait apparaître les éléments suivants : ? d?importantes surcapacités de production au niveau des étapes « polysilicium », « lingots » et « plaquettes », notamment du côté des acteurs chinois ; ? les acteurs chinois dominent la production des modules PV. Cette domination est très marquée dans la production des plaquettes, des cellules et dans l?assemblage des modules où la Chine représente respectivement 90 %, 79 % et 73 %37 des capacités de production. Les entreprises présentes dans le top 10 à chacune de ces étapes sont principalement asiatiques, et surtout chinoises. Cela est frappant au niveau du segment des modules, étape caractérisée par une concentration moins forte du fait d?effets d?échelle moindres (plus de 1 000 producteurs). La seule entreprise non asiatique du top 10 est positionnée dans les couches minces CdTe ; ? une intensité capitalistique particulièrement élevée des étapes de production de polysilicium et de lingots (étapes souvent intégrées). Ce sont les étapes qui demandent le plus d?investissements par kWc et qui présentent le plus gros potentiel d?économies d?échelle. On estime entre 35 et 100 dollars par kg de capacité de production annuelle le coût des investissements. En sachant que les unités industrielles actuelles sont conçues pour produire de l?ordre de 10 millions de kg par an, le coût des investissements pour une unité se situe entre 350 millions et 1 milliard de dollars ; ? la partie aval de la chaîne (intégration) capte de plus en plus de valeur ajoutée, du fait notamment de la baisse spectaculaire du prix des modules ; ? une intégration verticale de plus en plus marquée. La faiblesse des prix de marché dans les segments amont et intermédiaires de la chaîne de valeur (surcapacités de production) ont conduit les entreprises positionnées sur ces segments à capter la valeur ajoutée de l?aval en absorbant les entreprises qui y sont positionnées ; ? un rôle prédominant des innovations de procédé dans la compétitivité coût des acteurs industriels. 37 Source : CEA-LITEN/DTS (2019). 46 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Segment de la chaîne de valeur Capacité de production mondiale (en kt ou en GWc) ou production Part de la production chinoise (y compris taiwanaise) dans la production mondiale Indice de concentration géographique de la production (IHH)38 Concentration de marché (part des 10 plus grosses entreprises dans la production mondiale) Répartition des entreprises du top 10 (2) Silicium métal (2018) (1) 3 000 kt 68 % IHH = 0,48 ---- ---- Polysilicium (2018) 475 - 578 kt (3) 45 % (4) ---- ---- 7 asiatiques (dont 6 chinoises), 2 européennes, 1 nord-américaine Lingots Forte intégration des étapes polysilicium et lingots Plaquettes ---- 90 % (4) ---- ---- 10 entreprises asiatiques (dont 9 chinoises) Cellules 115 GWc 79 % (4) ---- ---- 10 entreprises asiatiques (dont 7 chinoises) Modules 115 GWc 73 % (4) 70 % (plus de 1 000 producteurs) 9 entreprises asiatiques (dont 8 chinoises) (C) La place des acteurs industriels français Le schéma de synthèse de la chaîne de valeur des modules cristallins montre que des acteurs français sont présents à toutes les étapes de la production des modules cristallins, à l?exception du polysilicium. Ceci peut étonner au regard du mix énergétique peu carboné de la France et de l?intensité de l?activité de R&D dans cette filière. Néanmoins, le nombre et la capacité de production des acteurs français sont faibles, en particulier aux étapes amont (étapes lingots et wafers). Certains d?entre eux sont également en difficulté compte tenu des surcapacités industrielles asiatiques sur des marchés où la compétitivité coût est déterminante. (D) La chaîne de valeur de la pâte d?argent pour les cellules cristallines Les principales étapes techniques de la chaîne de valeur de la pâte d?argent sont les suivantes : La chaîne de valeur de la pâte d?argent commence par la récupération de l?argent dans les minerais. L?argent dans les minerais est souvent associé à d?autres métaux comme le plomb, le zinc, le cuivre ou encore l?or. Ainsi, en 2018, la production provient à 38 % de mines de plomb- zinc, à 23 % de mines de cuivre et à 13 % de mines d?or. 26 % seulement de la production provient de mines extrayant principalement l?argent. L?argent minier aujourd?hui se retrouve ainsi principalement dans les concentrés de plomb et de zinc où il est récupéré lors des opérations métallurgiques de traitement de ces concentrés. Il en est de même pour l?argent contenu dans des minerais sulfurés de cuivre. La poudre d?argent, servant de base à la fabrication de toute pâte d?argent, semble généralement être obtenue à partir de solutions de nitrate d?argent qui peuvent être obtenues à partir de lingots. 38 L?IHH (indice de Herfindahl-Hirschman) est un indice qui mesure la concentration du marché. Plus il est élevé, plus la production est concentrée. Il est calculé en additionnant le carré des parts de marché de toutes les entreprises (ou de tous les pays) du secteur considéré. Tableau 5 : structure de la chaîne de valeur des modules cristallins Source : (1) BRGM ? Fiche de criticité silicium ; (2) Bloomberg New Energy Finance ; (3) JRC ; (4) CEA, Liten/DTS/FB https://fr.wikipedia.org/wiki/Indice https://fr.wikipedia.org/wiki/Concentration_d'un_march%C3%A9 47 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La pâte d?argent, utilisée lors de l?étape de métallisation des cellules cristallines, est une poudre d?argent micrométrique, voire nanométrique, qui contient aussi d?autres composants comme du verre fritté ou de la résine par exemple. Chaque élément de la pâte a sa propre fonction. C?est la combinaison de tous ces éléments qui détermine les performances d?une pâte par rapport à une autre. Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur de la pâte d?argent sont les suivantes : ? la production minière d?argent se caractérise par une forte concentration géographique : près des ? de la production minière d?argent proviennent de sept pays et plus de 50 % de trois pays seulement, à savoir le Mexique, le Pérou et la Chine. Néanmoins, à côté de ces gros pays producteurs existent une multitude de petits pays producteurs ; ? la production secondaire (qui s?est élevée à 4 700 tonnes environ en 201839) satisfait 15 % de la demande finale en argent en 2018. Elle représente ainsi une source d?approvisionnement conséquente du marché. L?Europe est le plus gros producteur de déchets d?argent (la France fait partie des cinq plus gros producteurs mondiaux) ; ? le marché de l?argent se caractérise par des phénomènes de variations de stocks importants du fait de son caractère d?actif financier. Ces variations de stocks dépendent des prix de l?argent sur le marché. Mais ces variations de stocks peuvent également, de par leur importance, avoir un impact sur le prix de l?argent sur les marchés. Elles sont donc à la fois « price taker » et « price maker ». Ces phénomènes peuvent venir renforcer les variations des prix de l?argent sur les marchés mondiaux et donc les prix de la pâte d?argent ; ? une forte domination de l?étape de production de la poudre d?argent par 3 pays : les États- Unis, le Japon et la Chine40. Ceux-ci représentent 99,9 % de la production de poudre d?argent pour le PV ; ? une domination géographique moins marquée pour l?étape de production de la pâte d?argent : celle-ci reste néanmoins dominée par les acteurs asiatiques (Chine, Taiwan, Corée, Singapour)41 et américains (États-Unis). ? des utilisateurs industriels de pâte d?argent pour la production de cellules principalement localisés en Chine, ce qui est cohérent avec la position dominante que ce pays occupe au niveau de la production des cellules PV (figure 12 et tableau 5). 39 Les bijoux, lingots et pièces usagés, constituent une part significative du marché de l?argent secondaire. Leur quantité est très sensible aux variations de prix, contrairement aux déchets collectés par les recycleurs de déchets électroniques par exemple. 40 Source : Institut International de l?Argent, organisme de promotion des industriels du secteur (https://www.silverinstitute.org/silver-solar-technology/) 41 Source: GFMS ? World Silver Survey 2019). Figure 12 : la chaîne d?approvisionnement de l?argent dans l?industrie mondiale du PV en 2018 Note de lecture : en bleu : demande pour la fabrication de la poudre d?argent ; en violet, en rouge : demande pour la fabrication de la pâte d?argent ; demande pour la fabrication de cellules Source : GFMS ? World Silver Survey 2019 48 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 13 : la chaîne de valeur des technologies cristallines Source : CGDD 49 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 2. LES MODULES CDTE (A) Les principales étapes de la production des modules CdTe On distingue 4 étapes principales dans la production des modules CdTe : ? la récupération du cadmium et du tellure dans les processus métallurgiques de production, respectivement, du zinc et du cuivre, dont ils sont des co-produits. Si le cadmium est récupéré par procédé métallurgique dans les boues cadmiées (processus relativement simple), la récupération du tellure nécessite une séquence de traitement complexe demandant une chimie de pointe. Une partie du cadmium peut être produite à partir de cadmium recyclé issu des accumulateurs ; ? la production d?un cadmium de haute pureté, indispensable à son usage photovoltaïque. ; ? la production de poudre de CdTe de haute pureté, dont le procédé est couvert par le secret industriel. L?usage principal de cette poudre est le photovoltaïque ; ? la fabrication de la cellule par dépôt du CdTe. Celle-ci est réalisée en utilisant les propriétés de sublimation de ce matériau semi-conducteur. Plusieurs couches très fines sont déposées sur un substrat en verre puis encapsulées avant d?être assemblées pour former le module. Les modules suivent ensuite les mêmes étapes que les modules cristallins (assemblage en panneaux, intégration dans le réseau, collecte et gestion des panneaux une fois qu?ils seront arrivés en fin de vie). Environ 90 % du verre et 95 % des semi-conducteurs qui composent une cellule à couche mince sont récupérables. Selon First Solar, acteur clé sur le marché des cellules CdTe, les panneaux usagés sont aujourd?hui collectés et traités avec un taux de recyclage de l?ordre de 90 %. A l?image des panneaux cristallins, il est vraisemblable (données non disponibles) que le recyclage porte sur les matériaux pondéreux et de peu de valeur et s?apparente davantage à de la valorisation matière. (B) Analyse de la chaîne de valeur des modules couches minces CdTe La structure de la chaîne de valeur est fortement déterminée par : ? le caractère « co-produit » des matières clés que cette technologie utilise contrairement à d?autres filières PV. Les étapes amont de la production des cellules CdTe sont étroitement dépendantes de la production de zinc et de cuivre, et donc des déterminants du marché de ces matières. ? la forte concentration de la production métallurgique du tellure (IHH = 40). La longue séquence de traitement à mettre en place et sa complexité expliquent les faibles quantités de tellure aujourd?hui récupérées par rapport aux quantités récupérables (450 à 550 tonnes sur un potentiel de production estimé à 1 200 tonnes42) ; ? une forte concentration de la production du tellurure de cadmium de haute pureté indispensable à la production des cellules CdTe, ? la structure d?oligopole du marché des cellules et des modules, dominée par deux entreprises First Solar (entreprise américaine) et Calyxo (entreprise allemande), et la forte intégration verticale de ces deux segments de marché. (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur La France ne compte pas d?acteurs industriels dans la chaîne de valeur des modules CdTe à l?exception de la Société nouvelle d?affinage de métaux (SNAM, l?un des plus gros producteurs européens de cadmium de recyclage. Contrairement à la filière du silicium, les panneaux photovoltaïques CdTe usagés sont envoyés pour traitement dans une usine située en Allemagne car il n?existe pas actuellement en France d?usine dédiée pour traiter ce genre de déchets. Au regard du volume croissant de panneaux CdTe mis sur le marché français, il conviendrait de réfléchir à l?installation d?une telle usine en France, afin de de traiter au plus près des lieux de production des déchets, ces équipements usagés potentiellement dangereux. 42 On estime à 1 200 tonnes la capacité maximale mondiale de production : estimation sur la base d?une production moyenne de 65 g de tellure par tonne de cuivre et d?une récupération de 90 % de la production de tellure dans la filière pyrométallurgique (Source : fiche de criticité tellure, BRGM). 50 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 14 : la chaîne de valeur des technologies CdTe Source : CGDD 51 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. ANALYSE DE LA CHAÎNE DE VALEUR DES MODULES TANDEM-PÉROVSKITES (A) Les principales étapes de la production La chaîne de valeur de cette technologie, encore au stade expérimental, reste à construire. Les cellules tandem représentent les technologies expérimentales les plus prometteuses. Pour mémoire, les cellules de ces technologies sont composées d?une cellule en silicium cristallin et d?une autre en pérovskite43 dont la matière distinctive (par rapport aux autres technologies) est le plomb. En l?état des connaissances actuelles, on distingue 3 étapes techniques dans la chaîne de valeur des modules PV à base de pérovskite : ? l?extraction des minerais de plomb. Le plomb se caractérise par le fait qu?il est associé à une grande diversité d?éléments : le zinc (le plus fréquent) mais aussi le fer, le cuivre, le cadmium, l?argent, l?or, l?arsenic qui sont en grande partie récupérés lors des opérations métallurgiques ; ? la concentration du minerai pour être raffiné, soit par pyrométallurgie, soit par électrométallurgie pour obtenir des lingots de plomb doux, pur à 99,99 % ; ? a fabrication de la cellule en est encore au stade de la recherche-développement et très peu de données sont disponibles. (B) Chaîne de valeur des modules tandem-pérovskite En 2018, la production minière de plomb s?est élevée à 4,6 millions de tonnes. A côté de la Chine qui produit près de 50 % du plomb, il existe de nombreux pays petits producteurs. Le plomb est principalement utilisé dans les batteries et accumulateurs, filière dans laquelle il est largement recyclé. Compte tenu de sa toxicité, ses usages ont progressivement été réduits. Compte tenu du stade expérimental qui caractérise encore ces technologies, la structure de la chaîne de valeur, au-delà de l?étape production de lingots de plomb, n?est pas encore connue. (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur En Europe, le plomb enregistre de bonnes performances de recyclage : collecte élevée, encadrement réglementaire strict des procédés industriels. Les acteurs industriels français sont aujourd?hui bien positionnés sur le recyclage du plomb des batteries des démarrages automobiles (principal usage du plomb). Le degré de pureté du plomb recyclé semble envisageable pour une utilisation dans le photovoltaïque. Dans un contexte de développement de la voiture électrique, le développement de la technologie pérovskite pourrait offrir un débouché à cette matière. 43 La pérovskite désigne une structure cristalline : en général une cellule à pérovskites est un hybride organique-inorganique de plomb ou un halogénure d?étain. 52 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. Les risques économiques 1. L'ARGENT, LE SILICIUM SOLAIRE ET LE TELLURE PRÉSENTENT LES RISQUES ÉCONOMIQUES LES PLUS IMPORTANTS Compte tenu de la place des matières premières et des composants dans le coût de production d?un module, le prix des matières premières brutes et transformées constitue un facteur de risque. La pâte d?argent peut représenter près de la moitié du coût des intrants pour les cellules Les producteurs des cellules sont donc particulièrement sensibles aux évolutions du prix de l?argent. Les industriels ont mis en place des stratégies (efficacité matière, substitution) pour réduire les coûts de l?argent et du polysilicium qui constitue également une partie importante du coût « intrants » des cellules. Ces stratégies ne permettront de compenser l?augmentation des besoins en argent et en polysilicium induits par le déploiement du PV que si elles diminuent dans les mêmes proportions les quantités d?argent et de polysilicium utilisées. Pour l?argent, les évolutions technologiques laissent envisager à moyen terme (2028) une division par deux des quantités d?argent utilisées par cellule44 (de 0,13 g à 0,65 g par cellule). La quantité d?argent par W produit est susceptible de diminuer encore plus vite du fait de l?amélioration parallèle du rendement énergétique des cellules. Si une telle évolution se concrétise, le développement du photovoltaïque cristallin devrait pouvoir considérablement réduire sa vulnérabilité face aux pressions sur les prix de l?argent. Pour le polysilicium, les quantités utilisées par module sont passées de 6 g/Wc à 4 g/Wc entre 2013 et 2019. Un levier important d?amélioration de l?efficacité matière pour cette matière est le recyclage du kerf pour lequel des solutions techniques sont en cours de développement en Europe et seraient déjà mises en oeuvres dans certaines usines en Chine45. 44 Source : ?The Role of Silver in the Green Revolution?, Institut International de l?Argent. 45 Source : entretien avec le SER. Figure 15 : part des différentes matières/composants dans le coût des cellules à hétérojonction 46% 27% 10% 6% 3% 8% pâte d'argent oxyde transparent conducteur équipement produits chimiques gaz autres Source : CEA-LITEN 53 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Pour la filière CdTe, la faible disponibilité du tellure contraint fortement le développement à grande échelle de cette technologie. La capacité maximale de production mondiale de tellure (au regard de la teneur en tellure dans le minerai de cuivre) est limitée (1 200 tonnes) et déterminée par la demande du cuivre, dont il constitue un co-produit métallurgique, alors que la production métallurgique est fortement concentrée. Ce risque ne pèse pas sur les acteurs industriels français, qui ne sont pas impliqués dans la filière CdTe. 2. LE DÉPLOIEMENT DU PV RENFORCE LA DÉPENDANCE EXTÉRIEURE DE L?EUROPE ET DE LA FRANCE ET LA VULNÉRABILITÉ DES ACTEURS INDUSTRIELS La forte intensité en capital des étapes de production amont et les importantes subventions accordées ont permis à la Chine d?acquérir une position dominante dans la chaîne de valeur des modules cristallins, allant jusqu?au monopole sur le segment des cellules. Ainsi, malgré des ressources et des réserves de silicium adéquates pour la production de silicium métal, l?Europe représente une faible part de la production amont depuis l?extraction jusqu?à la production des modules. L?Europe est complètement absente de la fabrication de cellules. La dépendance à la Chine est la plus élevée aux étapes de transformation du métal (purification) et surtout aux étapes des produits intermédiaires (lingots, wafers, cellules). Dans un scénario de tensions commerciales où des taxes ou des restrictions à l'export seraient mises en oeuvre, l'Europe serait impactée avec des conséquences variables selon les produits ciblés. Des mesures appliquées aux produits amont accentueraient les difficultés de la filière industrielle européenne du PV, avec un risque sur l'emploi associé, mais sans impact significatif sur le déploiement du photovoltaïque en Europe. Des mesures appliquées aux produits semi- finis et finis pourraient avoir en revanche des conséquences sur le coût du PV, et même freiner son déploiement en Europe. 3. UN TISSU DE LABORATOIRE EUROPÉEN DYNAMIQUE ET DE RENOMMÉE MONDIALE, MAIS JUSQU?À QUAND ? La diminution du nombre d?unités industrielles européennes présentes dans le PV illustre les difficultés des acteurs à être compétitifs par rapport au géant chinois et ce, malgré des innovations régulières et portées par des laboratoires de recherche fortement investis sur le sujet. Or, la dynamique en matière d?innovations est liée au maintien d?acteurs industriels, principale source de financement des laboratoires de recherche. La baisse du nombre d?acteurs compromet le principal atout dont dispose l?Europe pour bénéficier des opportunités de la croissance du marché de panneaux, que ce soit sur le cristallin aujourd?hui dominant ou les technologies à venir (pérovskite). 4. UN RISQUE D?APPROVISIONNEMENT ACCRU POUR LE MARCHÉ DES MODULES BAS CARBONE FRANÇAIS La prise en compte de l?impact carbone des modules photovoltaïques, mise en oeuvre en France dans le cadre des appels d?offres du ministère de la Transition écologique, constitue un levier puissant pour limiter les émissions de GES associées au déploiement du photovoltaïque. Elle a conduit à redéployer la localisation géographique des acteurs industriels approvisionnant le marché français en modules. L?augmentation des capacités PV en France pourrait conduire à des tensions d?approvisionnement sur du polysilicium bas carbone, que la Chine ne peut produire compte tenu de son mix énergétique. Le maintien des capacités industrielles de polysilicium en Europe (Allemagne), voire son développement en cas d?accélération du déploiement du PV en Europe, permettrait de mieux maîtriser les impacts environnementaux associés au déploiement du photovoltaïque. Technologies PV Principales étapes d?un système PV PV cristallins CdTe Pérovskite enjeux technico-économiques enjeux géopolitiques enjeux technico-économiques enjeux géopolitiques enjeux technico- économiques enjeux géopolitiques Silicium Argent Silicium Argent Cadmium Tellure Cadmium Tellure Plomb Ch aî ne d e va le ur s d e ce rt ai ne s r es so ur ce s d 'u n sy st èm e PV Extraction Moyen *** Requiert une certaine qualité de quartz Faible*** - sous-produit à 70% - gisements variés Faible*** Extraction locale Faible*** Production minière bien répartie Faible*** - sous produit du Zn (faible proportion de producteurs Zn) - réserves mondiales Cd Fort***: - Tres faible quantité extraite du Cu (65g par tonne) - Traitement long de pointe Faible*** Faible concentratio n des producteurs de Cd mondiaux Moyen *** Chine produit plus de 60 % de tellure Faible** Nombreuses typologies de gisements et exploitations Faible** 50 % de la production primaire en Chine mais de nombreux autres pays Transformations Moyen ** - procédés complexes et capitalistiques -consommation matières premières (copeaux, houille, coke..) - fortes pertes en matières lors découpe (40%) Faible*** Procédés classiques Moyen *** Domination Asie Faible*** Production métallurgiqu e bien répartie Faible à nul * (Cd 99,99%) Faible*** (Cd 99 ,99%) Faible concentratio n des producteurs Faible*** Substituts moins toxiques à l?étude Faible* à ce stade surtout des compétitions entre laboratoires internationaux Moyen ** (Cd 99,999%,) Production hautement spécialisée Moyen ** (Cd 99,999%,) Petit nombre d?acteurs (pour cristaux ou poudres CdTe, thinfilm CdTe) Pas de données Moyen ** (cristaux ou poudres CdTe, thinfilm CdTe) Petit nombre d?acteurs et seulement 2 pour thinfilm Cellules PV Faible** Procédé haute technicité pas de données Fort***: Forte domination Asie pas de données pas de données pas de données Modules (assemblage cellules) Faible** Nécessite composants spéciaux pas de données Faible** Assemblage en France pas de données Installation du système PV Faible* Bonne disponibilité des terrains Faible** Terrains locaux Faible* Bonne disponibilité des terrains Faible** Terrains locaux Faible* A priori bonne disponibilité des terrains Faible** A priori comme précédemme nt terrains locaux Figure 16 : risques économiques associés aux ressources minérales clés mobilisées par les trois technologies PV retenues dans l?étude Note : Indice de confiance (dans l?attribution du niveau d?enjeu) : *** : repose sur des sources fiables, représentatives ; ** : repose sur des sources incomplètes ou dires d?experts ; * : repose sur des sources trop génériques ou insuffisantes Source : BRGM 55 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? D. Les risques environnementaux, sanitaires et sociaux associés aux 3 technologies PV étudiées L?électricité produite à partir d?un module PV présente un bilan carbone largement inférieur au bilan carbone de l?électricité produite à partir de charbon ou de gaz. Le déploiement du PV est ainsi indispensable à l?atteinte des objectifs climat. Cependant, cette source d?énergie, à l?instar d?autres sources d?énergies renouvelables, mobilise davantage de ressources minérales et de sols que les sources d?énergies conventionnelles. Si les matières spécifiques à chacune des trois technologies représentent une part très faible de l?ensemble des matières du système, elles sont à l?origine d?impacts environnementaux, sanitaires et sociaux différents en fonction des technologies. L?analyse de ces impacts permet d?apporter des éléments qualitatifs de comparaison de ces technologies entre elles. L?identification des maillons de la chaîne de valeur où se situent les principaux enjeux environnementaux permet par ailleurs de savoir où concentrer les efforts pour améliorer le bilan environnemental global du PV. 1. LES MODULES CRISTALLINS : DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DOMINÉS PAR LES ÉMISSIONS DE GAZ À EFFET DE SERRE ET D?AUTRES POLLUANTS ATMOSPHÉRIQUES (NOX, SO2, PM10, COV) La phase de fabrication des panneaux PV contribue à hauteur de 75 % des émissions de gaz à effet de serre et 25 % pour la phase d?installation. Environ 40 %46 de ces émissions se produisent lors de la purification du silicium métal en silicium solaire et de sa cristallisation en lingots. Ces deux étapes sont fortement consommatrices d?électricité dont les émissions de GES sont déterminées par le mix électrique des pays d?implantation des unités industrielles. La place importante de la Chine et son mix électrique à fort contenu en charbon expliquent l?intensité carbone élevée du panneau cristallin. Ces éléments expliquent également l?importance des émissions d?oxydes d?azote et de dioxyde de soufre responsables de l?acidification des milieux ainsi que des émissions de particules fines et de composés volatils nocifs pour la santé. L?étape d?extraction de la silice, précurseur du polysilicium, engendre peu d?impacts environnementaux même si, localement, les impacts peuvent être importants lorsque l?activité est peu encadrée réglementairement : dégradation et utilisation importante des sols, perturbation de milieux aquatiques (surtout lorsque les gisements sont alluvionnaires). 2. LA FILIÈRE PV CRISTALLIN A UNE MARGE DE MANOEUVRE IMPORTANTE POUR RÉDUIRE LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX LIÉS À LA FABRICATION DU POLYSILICIUM Sans recyclage, la perte de matière que représente le kerf (40 %) dégrade fortement le bilan environnemental de la filière PV cristallin. Des solutions de recyclage sont cependant en cours de développement en Europe et viseraient à réintégrer directement le kerf soit au niveau de la fabrication des lingots (en remplacement du polysilicium) soit au niveau de la fabrication du polysilicium (en remplacement du silicium métal). La valorisation au niveau du lingot serait à première vue la plus intéressante car elle permettrait d?éviter l?étape la plus énergivore du processus industriel (à condition que le processus de recyclage ne soit pas lui-même très énergivore). La valorisation au niveau de l?étape de production du polysilicium pourrait également être pertinente : il est en effet possible que la fabrication de polysilicium, en utilisant du kerf valorisé avec un bon niveau de pureté, soit moins 46 L?autre moitié des émissions de GES est générée par les autres matériaux nécessaires à la production du module comme l?aluminium ou le verre plat par exemple. On retrouve ces matériaux également dans les autres technologies que sont les couches minces CdTe et pérovskites. 56 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? énergivore que le procédé utilisant du silicium métal. Techniquement possible, via des traitements physico-chimiques, le recyclage du kerf dans la filière photovoltaïque doit cependant encore démontrer sa pertinence économique. Un tel recyclage serait cependant déjà mis en oeuvre dans certaines usines en Chine47. Mises en oeuvre à grande échelle, la récupération et la réintégration du kerf dans le cycle pourraient permettre d?éviter les fortes émissions de gaz à effet de serre associées à ces étapes de production. 3. LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DES MATIÈRES MINÉRALES MOBILISÉES PAR LES MODULES CDTE SONT FORTEMENT LIÉS À LA TOXICITÉ DU CADMIUM Les impacts environnementaux et sanitaires liés à l?utilisation du cadmium dans les modules CdTe peuvent se manifester à toutes les étapes : ? au moment de l?extraction du cadmium lors des processus métallurgiques de transformation du zinc ; ? au moment de la production des cristaux de tellurure de cadmium ; ? au moment de la fabrication des cellules CdTe : inhalation de cadmium sous forme de poussières ou de vapeurs, contamination de l?individu ou de l?environnement en cas de mesures de sécurité défaillantes ou non respectées ; ? au moment du recyclage des panneaux. La toxicité du cadmium est plus impactante dans des pays où l?encadrement réglementaire est défaillant ou non mis en oeuvre. L?étape d?extraction, dominée par la Chine (30 % de la production mondiale de cadmium), est considérée comme la plus impactante. 4. MOINS DE GAZ À EFFET DE SERRE ET MOINS DE POLLUANTS DE L?AIR POUR LES MODULES CDTE L?étude de Stamford et Azapagic de 201848 montre que la technologie couches minces émet deux fois moins de CO2 que la technologie PV cristallin et consomme moins d?énergie. 5. UN MEILLEUR BILAN ENVIRONNEMENTAL POUR LES CELLULES PÉROVSKITES ? Les cellules à pérovskite seule, sans substrat constitué de plaquettes de silicium, sont peu énergivores et peu émettrices de GES car la fabrication se fait à température relativement basse. L?utilisation en tandem avec le silicium et le plomb permet d?améliorer le rendement énergétique mais augmente les émissions de gaz à effet de serre par kWc. L?utilisation du plomb, fortement toxique, est associée aux procédés métallurgiques dont l?encadrement réglementaire et la mise en oeuvre dépendent de la zone de production. La toxicité du plomb est préoccupante dans les pays où l?encadrement réglementaire est défaillant ou non mis en oeuvre. Le caractère préindustriel de cette technologie ne permet pas de dessiner une cartographie des acteurs ni de leur localisation géographique. Il est vraisemblable que la localisation de la production du plomb ait un impact déterminant sur le bilan environnemental et sanitaire de cette technologie. 47 Source : entretien avec le SER 48 « Environmental impacts of photovoltaics : the effects of technological improvements and transfer of manufacturing from Europe to China », Laurence Stamford and Adisa Azapagic, Energy technology 2018,6, 1148-1160 57 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 6. UN BILAN ENVIRONNEMENTAL PLUS LOURD POUR LES CENTRALES AUX SOLS QUE POUR LES INSTALLATIONS SUR TOITURES L?emprise au sol d?une centrale au sol dépend du rendement énergétique des cellules. Plus celui- ci est élevé, plus l?emprise au sol est faible pour une même puissance. On estime qu'il faut 4 à 5 m2 de sols par kWc de capacité de PV monocristallin installé et 5 à 6 m2 pour le PV polycristallin. Par leur emprise, les centrales au sol impactent les écosystèmes à travers les remaniements puis le recouvrement partiel du sol (effets de l?ombrage des panneaux sur la température du sol et ses caractéristiques pédologiques qui peuvent avoir des conséquences directes sur le développement de la végétation)49, la fragmentation des habitats naturels (exemple des fermes solaires à capacité industrielle où les besoins réels d?espaces peuvent atteindre entre 1,5 et 2,5 fois la surface des panneaux eux-mêmes, voir Gasparatos et al., 201750), les changements microclimatiques ou les modifications de comportements de différentes espèces d?animaux51 (Ademe, 2019). En France, l?implantation des centrales aux sols est fortement encadrée par les documents locaux d?urbanisme52, notamment le plan local d?urbanisme et son règlement. Au-delà d?un certain seuil, elles sont également soumises à étude d?impact. Le plan local d?urbanisme définit le droit des sols applicable pour chaque terrain et détermine les orientations générales d?aménagement, ainsi que les règles générales d?utilisation des sols. L?implantation de centrales PV au sol sur les zones agricoles ou naturelles nécessite une autorisation au titre, soit des installations nécessaires à l?exploitation agricole et forestière, soit des constructions nécessaires à des équipements collectifs ou à des services publics lorsque leur règlement n?autorise pas expressément l?installation de panneaux photovoltaïques (ce qui est rarement le cas). L?utilisation des sites pollués, d?anciens sites industriels ou encore de parkings représentent, selon une étude de l?Ademe, un potentiel de 53 GWc53. La figure 17 récapitule, par segment de la chaîne, les impacts environnementaux des modules cristallins, à CdTe et à pérovskites. Les impacts sanitaires et sociaux n?ont pas été intégrés car les données sont insuffisantes. Le tableau visualise les étapes de la chaîne de valeur qui présentent les plus gros enjeux. Ils doivent être relativisés au regard de la faible part que représente la production des panneaux PV dans l?ensemble des impacts environnementaux générés par la production des biens et des services dans l?économie mondiale. 49 Peu de travaux sur cette thématique à l?exception du projet PIESO (Processus d?Intégration Écologique de l?Énergie Solaire), financé depuis 2015 par l?Ademe sur les effets en phase d?exploitation du PV sur les communautés végétales, les populations d?espèces végétales patrimoniales, dont les résultats seront publiés en 2019. 50 "Renewable energy and biodiversity : implications for transitioning to a green economy", Renewable and Sustainable Energy Reviews 70 (2017) : 161-184" 51 Le projet PIESO rendra ses résultats fin 2019 sur les effets en phase d?exploitation du PV au sol sur les orthoptères, les rhopalocères (lépidoptères), les oiseaux et les reptiles. 52 En cas d?absence de tels documents, c?est le règlement national d?urbanisme qui s?applique. 53 Etude Ademe, avril 2019. Ce potentiel national se répartit entre zones délaissées (93 %) et parkings (7 %). L?évaluation de ce potentiel tient compte de certaines contraintes technico-économiques et administratives liées à l?implantation de centrales qui viennent limiter les surfaces potentielles disponibles. Technologies PV Principales étapes d?un système PV PV cristallins CdTe Pérovskite Silicium Argent Cadmium Tellure Plomb Ch aî ne d e va le ur s d e ce rt ai ne s r es so ur ce s d 'u n sy st èm e PV Extraction Moyen ** - Utilisation des sols - Perturbation milieux aquatiques - Faible consommation énergétique Fort** Variables selon les exploitations Fort*** - Toxicité du Cd - Consommation d?énergie Moyen** - Risque de compétition sur usages de l?eau - Toxicité des tellurites solubles (autres formes relativement inertes) Fort***: - Toxicité du Pb - Emissions de GES variables selon modes de production Transformations Moyen ** - Energivore - Emissions (GES, NOx, SOx, composés volatils, PM10) - Utilisation d?acides et de produits toxiques Moyen** - variables selon les exploitations - utilisation de réactifs toxiques - procédés énergivores Cd (99,99%) Moyen** Zones hautement polluées en Chine Faible* Peu énergivores Faible émettrices de CO2 (peu de données) Cd (99 ,999%) Moyen* Émissions atmosphériques de Cd lors de la purification Cristaux ou poudres CdTe Thinfilm Moyen** CdTe hautement toxique par ingestion Forte écotoxicité sur milieux aquatiques Cellules Faible* Utilisation de substances toxiques mais à faible dose (cellules) pas de données Moyen* - Émissions de GES : 14 à 35 g CO2eq/kWh - Émissions de Cd : 1,3 mg Cd/m² - Consommation d?eau : 385 à 425 l/kWh Moyen* - En tandem Si : mêmes impacts qu?avec cellules Si + impact dû au Pb (environ 1/3 de plomb dans couche pérovskite) - Pérovskite seule : peu énergivore Modules Faible* Émissions de GES (modules) pas de données Moyen** - Émissions de GES : 30 g CO2eq/kWh - Courte vie des pérovskites Installation du système PV Moyen ** - Affectation des sols (hors installation toitures) - Impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) Moyen ** - Affectation des sols (hors installation toitures) - Impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) A priori comme précédemment : Moyen ** - Affectation des sols - Impact des matériaux de structure (Cu, Al) Figure 17 : Risques environnementaux associés aux ressources minérales clés mobilisées par technologies PV cristallin, CdTe et pérovskites Note : Indice de confiance (dans l?attribution du niveau d?enjeu) : *** : repose sur des sources fiables, représentatives ; ** : repose sur des sources incomplètes ou dires d?experts ; * : repose sur des sources trop génériques ou insuffisantes Source : BRGM 59 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 7. LE RECYCLAGE DES PANNEAUX EN FIN DE VIE, UNE VOIE À APPROFONDIR POUR DIMINUER LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DU PV Le recyclage est en général considéré comme un réel moyen de réduire les impacts environnementaux de la production d?un bien. Cependant, plusieurs conditions doivent être réunies pour y parvenir. En premier lieu, il faut que les procédés de recyclage ne soient pas eux-mêmes à l?origine d?impacts environnementaux plus lourds que les procédés de production primaire. Par exemple, lors du recyclage des panneaux CdTe, il faut s?assurer d?éviter les impacts liés à la toxicité du cadmium. Ensuite, il faut être capable de récupérer et de valoriser correctement les matières dont la production primaire a le plus d?impacts environnementaux. Ainsi, pour les panneaux CdTe, il y a un enjeu à récupérer le tellure qui est une matière rare, tandis que pour les panneaux PV cristallins, l?enjeu est la récupération du silicium, matière énergivore à produire54. Par ailleurs, le recyclage doit être à haute valeur ajoutée et il faut trouver des débouchés pertinents pour les matières secondaires. Aujourd?hui, le recyclage des panneaux PV cristallins est nouveau et doit être amélioré : il n?existe pas de procédé pour récupérer le silicium et le traitement du verre n?est pas à haute valeur ajoutée55 (notamment à cause de la présence d?antimoine). Pour les panneaux CdTe, les procédés actuellement utilisés sont mal connus. Par ailleurs, si les évolutions technologiques conduisent à une réduction de la masse de matières contenues dans un panneau, dans le même temps, le nombre de matières différentes augmente. Ceci conduit à une complexification grandissante des modules et rend plus difficile le recyclage. 54 Comme indiqué précédemment, il faut bien sûr s?assurer que le processus de récupération du silicium ne soit pas plus énergivore que la production primaire. 55 Le verre est aujourd?hui essentiellement réutilisé en tant que sous-couche routière alors qu?avec un traitement adéquat, il pourrait être utilisé pour des serres, dans le bâtiment voire réutilisé comme verre solaire. 60 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologies PV Critères d'évaluation des impacts du recyclage PV cristallins CdTe Impacts des procédés de recyclage Moyen*** Impacts environnementaux et sanitaires selon les procédés de recyclage (emplois de produits chimiques, poussières contenant métaux lourds, impacts toxiques si incinération à cause de l'antimoine, du zinc et du chrome) Moyen*** Impacts environnementaux et sanitaires selon les procédés de recyclage (emplois de produits chimiques, poussières contenant métaux lourds, risque important lié à la toxicité de cadmium en cas de non- respect des normes) Qualité de l'utilisation des matières secondaires Mauvaise*** Actuellement, pas de débouchés à haute valeur ajoutée que ce soit pour le verre, le silicium et l'argent Bonne pour le cadmium (***) et le tellure (*) Impacts évités grâce au recyclage Faible*** Pas de récupération du silicium aujourd'hui, potentiellement impacts forts évités (GES) si récupération du silicium Important* (notamment récupération de la matière rare qu'est le tellure) Enjeux à venir sur la recyclabilité Complexification des cellules : moins de matières (en masse) mais plus de matières différentes (en nombre) Complexification des cellules : moins de matières (en masse) mais plus de matières différentes (en nombre) Figure 18 : éléments d?analyse sur le recyclage pour les technologies PV cristallins et CdTe Note : Indice de confiance (dans l?attribution du niveau d?enjeu) : *** : repose sur des sources fiables, représentatives ; ** : repose sur des sources incomplètes ou dires d?experts ; * : repose sur des sources trop génériques ou insuffisantes Source : BRGM (et entretien) Technologies PV Principales étapes d?un système PV PV cristallins CdTe Pérovksite enjeux économiques enjeux géopolitiques enjeux environne- mentaux enjeux économiques enjeux géopolitiques enjeux environne- mentaux enjeux économiques enjeux géopolitiques enjeux environne- mentaux Extraction ** *** ** ** *** ** *** *** *** Transformations ** ** *** ** ** * *** * * Cellules PV ** *** * * * Modules (assemblage cellules) ** *** * * Installation du système PV * ** ** ** ** * ** ** Figure 19 : synthèse des risques associés aux ressources minérales clés mobilisées par les trois technologies du PV retenues dans l?étude Rouge : risque élevé Jaune : risque moyen Vert : risque faible Blanc : pas de données Source : BRGM 62 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 63 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? V. Quelle place pour les acteurs français et européens sur le marché du photovoltaïque ? 64 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Les acteurs industriels français sont principalement présents à l'amont de la chaîne de valeur du PV (extraction de certaines matières premières, équipementiers, production des onduleurs) et à l'aval (développement et installation). Par contre, on ne compte que peu d'acteurs dans la production de modules PV56 cristallins57. Le tissu industriel français est aujourd?hui fragilisé principalement en raison de la concurrence chinoise, même si certains acteurs ont réussi à se maintenir sur le marché, notamment français. Si cette situation perdure, la France ne pourra guère profiter des opportunités industrielles liées à la mise sur le marché de milliards de modules dans les dix ans à venir. La situation est la même pour les autres acteurs européens, confrontés eux aussi à la concurrence asiatique, et notamment chinoise : depuis dix ans, l'Europe connaît une perte importante d?emplois et de création de valeur ajoutée dans les segments industriels de la filière PV. Au-delà des enjeux de création de valeur ajoutée et d'emplois sur le territoire français et européen, une filière industrielle européenne de modules cristallins présenterait l'avantage d?améliorer le bilan environnemental des modules PV (réduction des émissions de gaz à effet de serre et autres polluants de l'air liées à la combustion des énergies fossiles et en particulier du charbon). En effet, le charbon compte pour une part beaucoup plus faible dans le mix électrique européen que dans le mix chinois : sur le sol européen, les étapes amont de la chaîne engendreraient donc beaucoup moins d?émissions de gaz à effet de serre. Pour la France, la disponibilité de modules très bas carbone est importante. En effet, le contenu CO2eq du kWh produit en France est très bas (57,1 g CO2eq /kWh58 en 2018), contrairement à la Chine (plus de 700 grammes) ou à l?Inde (plus de 900 grammes). Si dans ces pays, l?installation de centrales PV représente, quel que soit le pays de production des modules, un gain majeur en émissions de GES, c?est moins le cas en France. En effet, on estime aujourd?hui qu?un kWh produit avec un panneau « classique » (c?est-à-dire produit en Asie) a un bilan carbone moyen d?environ 55 g de CO2eq59 ; alors que le même panneau intégralement fabriqué en France ou en Norvège n?aurait un contenu GES que d?une trentaine de grammes60 par kWh. Les avantages « carbone » d'un développement d'une filière du PV cristallin apparaissent ainsi évident au regard du contenu carbone respectif des mix énergétiques chinois et européens61. La relocalisation de toute ou partie de la chaîne de valeur industrielle des modules PV en France et en Europe gagnerait également à tenir compte d?autres dimensions environnementales via l?intégration d?une réflexion générale sur les critères qui permettraient à des produits PV compétitifs de respecter l?environnement, le climat et les ressources naturelles, en privilégiant une approche cycle de vie. L?inscription de la filière photovoltaïque dans une démarche d?écoconception pourrait ainsi constituer une réelle opportunité pour relancer l?activité industrielle en France et en Europe via une différenciation « vertueuse ». Ce pari industriel nécessiterait néanmoins un accompagnement fort des pouvoirs publics tout en garantissant un niveau de concurrence suffisant pour maintenir la dynamique d'innovation. 56 Au sens large, de l'extraction de la silice jusqu'à la production des modules en passant par toutes les étapes de transformation du silicium jusqu'au stade cellule. 57 Les industriels français ne sont pas présents dans la chaîne de valeur des modules CdTe. 58 Source : Ademe, bilan-ges.ademe.fr 59 Source : Ademe, bilan-ges.ademe.fr 60 CEA-LITEN ; Outils utilisés : Software : Sima Pro 8.1 // Méthode : IPCC 2013 GWP 100 ans. 61 La relocalisation des activités industrielles PV en France et en Europe conduirait également à réduire les émissions d?autres polluants de l?air du PV (en particulier ceux associés à la combustion du charbon). 65 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? A. S?assurer d?un approvisionnement responsable en ressources minérales de la filière PV en favorisant une production nationale responsable de ressources primaires et secondaires Le caractère responsable de la filière d?approvisionnement doit être vérifié, quelles que soient les filières de production et de transformation des ressources. Le moyen le plus vertueux et efficace est de considérer le potentiel de production national. La France est présente notamment dans la production primaire du silicium métal, de l?indium et de l?antimoine. Elle est aussi présente dans la production secondaire de cadmium et de l?argent. Ces productions sont de classe mondiale et contribuent à sécuriser l?approvisionnement européen à partir d?importations (indium, trioxyde d?antimoine), de recyclage (cadmium et argent) et de gisements primaires (silicium métal). Parmi les points forts, la disponibilité et la production de silicium sont des éléments favorables à la production de polysilicium, sous réserve de l?acceptabilité de l?exploitation à moyen/long- terme. La présence d?un industriel produisant du cadmium de haute pureté pourrait être un atout dans la gestion de la fin de vie des panneaux Cd-Te. Des opportunités de valorisation nouvelles de ressources primaires et secondaires françaises existent (Tableau 6). Elles pourraient soutenir le développement ou la re-création de segments industriels dans le segment amont. Certaines ressources primaires nécessitent de faire approfondir la connaissance du sous-sol plus ou moins profond par le BRGM afin d?en mesurer leur attrait économique. Cette question ne se pose pas pour l?antimoine dont les réserves estimées sont d?intérêt. Comme souligné dans les rapports récents du Conseil général de l?économie (CGE) et du Conseil économique, social et environnemental (CESE), l?ouverture de nouvelles mines en France nécessite une refondation du Code minier. L?objectif de la réforme en cours est justement de permettre l?émergence de projets miniers respectant les meilleurs standards environnementaux et sociaux tout en contribuant à l?économie et aux emplois des territoires 66 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Etapes Composant Elément /métal / alliage Ressources (disponibilité et exploitation) Acteurs industriels de la transformation Ph as e in st al la tio n Structures Acier Pas de potentiel minier identifié Part du recyclage dans la production française élevée (30 %) Mix décarboné français permet de produire de l'acier recyclé à faible émission Béton Disponibilité et exploitation de la ressource* de granulats en France Plusieurs acteurs industriels Nombreux projets en Europe et en France pour améliorer le bilan carbone de l'étape de fabrication du ciment, avec des technologies de rupture en développement Aluminium Ressources importées pour la plupart Des ressources* primaires exploitées de bauxite pour des applications de béton haute performance Une production d'alumine à partir de bauxite importée Part du recyclage dans la production française élevée (50%) Mix décarboné français permet de produire de l'aluminium à faible émission Onduleurs Tantale Gisements potentiels en Métropole et en Guyane à confirmer Des ressources* primaires exploitées en tant que substances connexes (Imérys) Des ressources* non exploitées dans les déchets électroniques - des projets de R&D financés par l'Ademe sur le recyclage du tantale Pas d'acteur dans la production en France Quelques acteurs européens (H.C Starck, Allemagne) Câbles Cuivre Potentiel non exploité sur le territoire national (plusieurs amas sulfurés de petites tailles apparentes) L'essentiel du cuivre nécessaire à la fabrication des câbles est importé Recyclage : taux de collecte significatif des câbles en cuivre lié à une forte présence d'acteurs du câble et d'un équipementier spécialisé dans le broyage et tri des câbles Pas de raffinerie de cuivre en France mais plusieurs en Europe, ce qui limite les utilisations nationales de cuivre recyclé Unités industrielles de fabrication de câbles : Nexans et Prysmian group Ph as e as se m bl ag e (m od ul e - p an ne au ) Interconnexion Argent Des ressources* primaires non exploitées en France métropolitaine et en Guyane Une production d'argent par recyclage Plusieurs fonderies et une unité d'affinage de haute pureté (Morphosis) Etain Des ressources* primaires exploitées en tant que substances connexes (Imérys) Gisements potentiels en Métropole et en Guyane Des ressources* non exploitées dans les déchets électroniques - des projets de R&D financés par l'Ademe Aucun acteur français aux premières étapes mais dans les alliages d'étain Plusieurs en Europe Cuivre Potentiel non exploité sur le territoire national (plusieurs amas sulfurés) Peu de production issue du recyclage pour ces applications. Pas de fonderie ou raffinerie en France mais plusieurs en Europe Verre solaire Silice Ressources* de qualité et en quantité exploitées pour l'industrie du verre Peu ou pas de recyclage du verre plat en verre plat La France est très présente dans la production de verre plat (12% de la production européenne) - leaders mondiaux (Saint Gobain) La part dédiée au solaire est nulle en France et quasi-nulle à l'échelle européenne Antimoine Des ressources* primaires connues non exploitées en Métropole de classe mondiale Des projets de R&D financés par l'Ademe pour extraire l'antimoine des déchets Production de trioxyde d'antimoine SICA et PCDL 30% de la production européenne et 11% de la production mondiale Ce llu le Cristalline Silicium métal Disponibilité et exploitation de la ressource* en France (environ 230 kt/an de silice) - essentiellement Imerys-potentiel de développement Pas de recyclage Transformation de la silice en silicium métal (150 kt/an) à faible émission CO2 5% de la production mondiale (Ferropem) Cd-Te Cadmium Pas de production primaire Production de Cd par recyclage Production Cd de haute pureté dans les conditions règlementaires parmi les plus exigeantes - SNAM Tellure Pas de ressource primaire Pas d'acteur dans la production en France CIGS Cuivre Voir cuivre interconnexion Indium Pas de ressource* primaire Possibles ressources* dans les déchets métallurgiques du zinc Pas de production de recyclage - des projets R&D sont en cours sur le recyclage des écrans plats Production d'indium de haute pureté, 3e mondial (Nyrstar) Sélénium Pas de ressource* primaire Pas de production de recyclage Pas d'acteur dans la production en France Gallium Potentiel faible des ressources en Métropole et en Guyane en raison des procédés (notamment dans les bauxites, teneurs de 80-100 ppm), non récupérées Possibles ressources* dans les déchets métallurgiques de l'alumine et du zinc Pas de production de recyclage Pas de production connue Pérovskites Plomb Des ressources* primaires non exploitées Production de Pb par recyclage (Recylex) Usines métallurgiques de production de plomb de 2e fusion (groupe Eco-bat technologies et Metal blanc) Tableau 6 : ressources primaires et secondaires françaises * le terme ressource ici ne présage pas de la faisabilité technico-économique, environnementale et sociale de leur exploitation 67 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? B. Hormis sur le segment des équipementiers, les acteurs du PV français investissent essentiellement sur des activités non industrielles, riches en emplois non délocalisables 1. LA CROISSANCE SOUTENUE DU MARCHÉ PV AU NIVEAU MONDIAL OFFRE DE RÉELLES OPPORTUNITÉS AUX ÉQUIPEMENTIERS FRANÇAIS, NOTAMMENT À L?EXPORT Les équipementiers de la filière PV fabriquent des machines-outils et divers équipements nécessaires à la fabrication des cellules et modules. Aujourd'hui, ce marché est essentiellement dirigé vers l?international et surtout vers l?Asie, où sont situées les principales usines de fabrication des composants des modules. Grâce à leur capacité d?innovation, ces entreprises bénéficient de positions favorables sur des marchés pourtant très exposés à l?international. Une vingtaine d?entreprises françaises sont positionnées sur ce segment : fabricants de fours de cristallisation, de fils de découpe ou de lignes d?assemblage de modules. Il s?agit d?entreprises innovantes, de type PME ou ETI, pour lesquelles le photovoltaïque n?est pas le premier domaine d?activité. Le réseau d?équipementiers est encore plus dense en Allemagne, l?Europe reste donc en bonne position. En 201462, l?ensemble des emplois générés par les équipementiers s?élevait autour de 600 dont 400 directs (annexe 3). Les équipementiers ne représentent que 5 % de la valeur créée en France dans la filière PV, mais le ratio valeur ajoutée sur production63 est élevé par rapport aux autres secteurs industriels (31 %) ce qui montre que ce segment est créateur de richesses (annexe 3). Les équipementiers français évoluent dans un univers hautement concurrentiel où les déterminants du marché sont internationaux. Deux mouvements contraires animent ce marché : ? une surcapacité de production de cellules et de modules au niveau mondial qui a pour effet de tirer la demande d?équipements vers le bas ; ? des évolutions technologiques conduisant à une obsolescence très rapide des lignes de production existantes et donc à une augmentation de la demande d?équipements. Dans ce contexte, l?activité de recherche-développement est importante car elle permet de se différencier d?acteurs étrangers aux coûts de production plus faibles. Une des voies privilégiées par les équipementiers français et européens est l'élaboration de machines-outils qui permettent d?améliorer la phase d?élaboration des lingots (purification, cristallisation), de réduire le coût de fabrication des cellules et modules et/ou de participer à l?amélioration des rendements. Ces efforts portent sur l?efficacité-matière : les fabricants de creusets, de fours ou de fil de découpe travaillent à réduire la quantité de silicium utilisée en diminuant les pertes liées au processus industriel (réintégration des rebuts de lingots, limitation de la production de kerf). Ces efforts portent également sur l?efficacité-énergétique via l?amélioration des procédés de purification et cristallisation du silicium. Un autre axe majeur de différenciation et de développement pour les équipementiers est de proposer des solutions pour intégrer des améliorations technologiques dans les lignes de production. L'enjeu est de continuer à utiliser des équipements industriels ayant nécessité de lourds investissements face à des concurrents qui, ayant investi plus récemment, ont pu profiter des dernières innovations. 62 La dernière étude de marché approfondie date de 2014. Ceci explique que seules ces données, certainement déjà un peu datées, soient disponibles. 63 La production, exprimée en euros, se décompose en consommations intermédiaires et en valeur ajoutée. La valeur ajoutée correspond à la richesse créée lors de cette étape de production. Le ratio valeur ajoutée/production mesure donc la quantité de richesse créée par euro produit. Plus le ratio est élevé, plus le secteur en question crée de la richesse. Le ratio calculé ici n?est pas un ratio pour la filière PV en général mais bien un ratio pour la filière PV française. 68 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? En effet, alors que les modules multicristallins dominaient le marché dans les années 2010, on assiste, depuis 2015, à un retournement du marché vers le monocristallin, plus performant et aux coûts de production devenus comparables. En l'absence d'amélioration technologique des lignes de production, les producteurs de multicristallin classique sont susceptibles d'être mis en difficulté. Les équipementiers constituent un secteur fragile, mais stratégique pour l?ensemble de la filière PV européenne. Leur disparition pourrait conduire à la disparition de l?ensemble de la filière industrielle européenne du PV et rendre difficile toute nouvelle création d?entreprise. 2. LES AUTRES ACTEURS FRANÇAIS DU PV SE CONCENTRENT SUR L?AVAL DE LA CHAÎNE DE VALEUR L?aval de la chaîne de valeur (développement, installation, maintenance) concentre aujourd?hui l?essentiel des emplois et de la création de valeur ajoutée dans la filière PV en France. Les installateurs sont, pour la plupart, de petites entreprises appartenant au secteur du bâtiment (le plus souvent des électriciens). Le développement consiste à effectuer les études préalables à l?autorisation d?urbanisme, à prospecter et sécuriser le foncier, à choisir les fournisseurs, à concevoir la centrale, à répondre aux appels d?offres du ministère de la Transition écologique (le cas échéant), à élaborer le financement, à commercialiser l?énergie produite et parfois à exploiter la centrale (maintenance)64. Par rapport aux activités situées plus en amont de la chaîne de valeur, le développement de centrales est une activité bien présente en France. Les développeurs sont rarement spécialisés dans le photovoltaïque et sont présents sur d?autres types d?énergie renouvelable. Le développement, l?installation et la maintenance de centrales sont par nature des marchés locaux. Ces segments constituent le principal gisement d?emplois dans la filière PV en France. En 2014, ces activités « aval » représentaient plus de 70 % de la valeur ajoutée de la filière PV et environ 11 500 emplois dont 6 000 emplois directs (annexe 3). Le nombre d?emplois créés par MWc est d?autant plus important que l?installation PV est petite. Ces segments sont ceux qui créent le plus de richesses au sein de la filière PV : le ratio valeur ajoutée sur production65, au moins égal à 40 %, est le plus élevé parmi l?ensemble des maillons de la chaîne de valeur (annexe 3). 64 Il existe plusieurs modèles économiques : les développeurs peuvent être propriétaires de leurs centrales et les exploiter durant toute leur durée de vie, ils peuvent également développer des centrales et les revendre immédiatement ou encore acheter des centrales déjà existantes. 65 voir note 58. 69 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. Alors que la France dispose encore d?importantes capacités de recherche, son tissu industriel dans le secteur PV est de plus en plus fragile 1. LES ACTEURS INDUSTRIELS FRANÇAIS SONT PRINCIPALEMENT POSITIONNÉS SUR LE SEGMENT PEU CAPITALISTIQUE DE LA FABRICATION DES MODULES La fabrication des modules PV (entendu « au sens large » de la fabrication du polysilicium à la production des panneaux) est une activité mondialisée qui a connu de profondes mutations depuis le milieu des années 2000. La guerre des prix qui a accompagné cette montée en puissance des acteurs asiatiques a entraîné la disparition de la plupart des entreprises françaises. Alors que la part du module dans le CAPEX66 des installations photovoltaïques s?élève à plus de 40 %, la part de la valeur ajoutée issue de la fabrication de modules dans le total de la valeur ajoutée de la filière PV n?est que de 4 % en France67 (annexe 3). Ces chiffres s?expliquent par la proportion importante de panneaux importés dans les centrales PV installées en France (environ 80 %68). Par ailleurs, au sein même de l?activité « fabrication de modules », la création de valeur est faible. Avec un ratio VA/production de seulement 12 %, il s?agit de l?activité de la filière qui crée le moins de richesses en France (voir annexe 3). En effet, la fabrication de modules se résume à l?assemblage de cellules fabriquées à l?étranger. En d?autres termes, de la production du polysilicium aux panneaux, la richesse est principalement créée à l?étranger. In fine, seules quelques entreprises françaises résistent, quasi-exclusivement dans la technologie au silicium cristallin et dans l?assemblage des modules (Tableau 7). La production de polysilicium et de cellules est en effet extrêmement capitalistique, donnant un avantage comparatif important aux industriels chinois qui disposent de capacités d'investissement inégalables, d?autant plus que le cycle d?investissement en Europe est lent. La plupart des acteurs français présents sur les modules sont des entreprises de type PME, sauf Sun Power et Photowatt, respectivement filiales de Total et EDF. Leur capacité de production (aux alentours de 900 à 1 000 MWc) leur permettrait de répondre aujourd?hui aux besoins du marché français (862 MWc ont été installés en France en 2018). Une petite partie seulement de ces capacités de production est aujourd?hui utilisée, environ 80 % des modules mis sur le marché en France étant importés69. Le critère carbone des appels d'offres du ministère de la Transition écologique n?a pas profité aux entreprises françaises, malgré l?avantage procuré par un mix énergétique français bas carbone. En effet, les fabricants de modules, français ou non, qui cherchent à obtenir une bonne note sur le critère environnemental, ont adopté la même stratégie d?approvisionnement : acheter eux- mêmes des lingots ou des wafers norvégiens bas carbone pour les revendre à leur fournisseur de cellules (le plus souvent situé en Asie, mais pas en Chine). L?assemblage de modules sur le sol français à partir de telles cellules est alors certes moins émetteur que dans d?autres pays, mais l?avantage procuré est faible car cet assemblage est un poste bien moins émetteur de gaz à effet de serre que les étapes amont. 66 Le CAPEX désigne les dépenses d?investissements initiaux, en opposition aux coûts d?exploitation (OPEX) qui sont les coûts supportés par les producteurs une fois l?installation mise en service. 67 Cette répartition de la VA n?est pas typique de la filière PV mais est bien spécifique à la France : c?est la faiblesse des industriels français en amont qui explique qu?en France la fabrication de modules créé si peu de valeur ajoutée. 68 Source : Ademe. 69 Il n?y a quasiment aucune exportation française de modules. 70 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Certains acteurs français peinent ainsi à remporter les appels d?offres du ministère de la transition écologique. À cela, s?ajoute la concurrence des panneaux couches minces CdTe. Pour les grandes centrales au sol, les panneaux CdTe ont l?avantage d?avoir un bilan carbone faible (accentué par des règles de calcul avantageuses) et des coûts peu élevés. Par contre, elles ont un rendement énergétique plus faible et donc une emprise au sol plus élevée70. Société Activité Capacité et/ou volume fabriqué (MWc/an) Stratégie Reden Solar Modules et développement 90 Cellules bifaciales, marché de niche (candélabre PV, serres PV) Photowatt Lingots, wafers, cellules, module 10-15 modules 50 wafers (-> 500 ?) Modules haut rendement et bas carbone (technologie Crystalmax, dite du « mono-like ») Recom Sillia Modules et développement 300 (-> 2 000 ?) Développement à venir d?une usine grande capacité - hétérojonction VMH Energy Modules 60 Utilisation du financement participatif pour le développement des centrales S?tile Modules 15 (modules) Marché de niche (candélabre, intégration au bâti), technologie « i-cell » permettant d?économiser d?importantes quantités de cuivre et d?argent Systovi Modules 80 Modules standards pour toiture + modules hybrides thermique/PV Sun Power Modules (en France et Mexique) ? cellules (Malaisie et Philippines) 80 en France Panneaux très haut rendement (24 %) Voltec Solar Modules 200 Découpage demi-cellules, panneaux bifaciaux 2. UNE CAPACITÉ DE RECHERCHE ENCORE AFFIRMÉE, MAIS VULNÉRABLE Malgré les faiblesses de la filière industrielle française du PV, la recherche « préindustrielle » reste importante, notamment grâce à des liens solides entre la R&D publique et l?industrie. Les laboratoires de recherche français sont ainsi à la pointe au niveau mondial dans le secteur du PV. Cet environnement favorable à l?innovation devrait être un réel atout dans la compétition mondiale. Cependant, cet écosystème favorable à la recherche est aujourd?hui fragilisé voire menacé par la disparition des acteurs industriels (qui sont les premières sources de financement de ces laboratoires) et par l?absence de plus en plus fréquente de débouchés industriels en France ou en Europe pour ces innovations. 70 La surface de panneaux nécessaire (ce qui est légèrement différent de la surface au sol puisque les panneaux sont parfois espacés) est ainsi supérieure de 18 % avec des modules CdTe (hypothèse de rendement : 16,6 %, étude CRE) par rapport aux modules monocristallins (hypothèse de rendement de 19,7 %), ce qui représente une surface supplémentaire d?environ 1 000 m2 par MWc. Tableau 7 : les principaux acteurs français dans la production de modules (au sens large) et leur stratégie de développement Source : entretien, sites internet 71 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Maillon de la chaîne de valeur Equipementiers Production des modules ? polysilicium Production des modules ? lingots, wafers Production des modules ? cellules Production des modules ? assemblage Installation, développement, maintenance Présence des acteurs français et européens Bonne, surtout en Allemagne Aucune 1 seule entreprise 1 seule (très faible capacité) Une dizaine d?acteurs Importante Emplois créés en France (directs, indirects, induits) en 2014 Autour de 600 0 Autour de 500 Autour de 11 500 Richesse créée : ratio VA / production en 2014 31 % 12 % Autour de 40 % Forces Capacité d?innovation x Maîtrise des technologies de pointe Innovation sur les installations et modèles d?affaires (agrivoltaïsme, PV flottant, financement participatif) Diversification sur des secteurs hors PV Liens forts avec la R&D Faiblesses x x Manque de compétitivité Dépendance aux soutiens publics Carnets de commande peu remplis Opportunités Besoin d?adaptation des capacités industrielles aux évolutions technologiques x Marché bas carbone, notamment en France avec critère environnemental des appels d?offres Activités non délocalisables Marché en pleine croissance à l?export Menaces Fragilité du tissu industriel européen du PV x Disparition des équipementiers et des laboratoires de recherche Arrêt ou diminution possible des soutiens au PV Carnets de commande peu remplis Concurrence internationale féroce (y compris sur le bas carbone avec la Norvège) Subventions étatiques aux entreprises étrangères concurrentes Politique commerciale agressive de nos partenaires commerciaux Modification des règles des appels d?offres Tableau 8 : état des lieux des acteurs français de la filière PV 72 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? D. La production de panneaux bas carbone : une opportunité pour structurer un secteur industriel français et européen du PV dans le cadre d?une démarche plus globale d?écoconception La France et l?Europe ne créent que peu de valeur sur les modules car leur activité consiste principalement à assembler des cellules importées. Pourtant, le module reste un poste important dans le coût total d?une centrale PV. Ainsi, la valeur ajoutée est aujourd?hui principalement créée à l?étranger avec comme corollaire des modules au bilan carbone en moyenne élevé. La production de panneaux PV bas carbone constitue une réelle opportunité pour relocaliser des capacités de production en France et plus largement en Europe, en particulier sur les premières étapes de la chaîne de valeur. Elle demande à être inscrite dans une démarche plus globale d?écoconception tenant compte des différentes dimensions permettant de minimiser les impacts environnementaux du PV : durabilité, efficacité matière et utilisation de matières à moindre impact environnemental, recyclabilité. L?éco-conception devrait ainsi être inscrite comme élément de différenciation positive au coeur de la filière photovoltaïque européenne et française. Une telle relocalisation est-elle réaliste ? À quelles conditions ? 1. UNE FABRICATION DE POLYSILICIUM SUR LE SOL FRANÇAIS AVANTAGEUSE SUR LE PLAN ENVIRONNEMENTAL, MAIS INCERTAINE SUR LE PLAN ÉCONOMIQUE La France compte une entreprise, Ferropem, qui fabrique du silicium-métal71 mais ne produit pas de polysilicium, malgré une électricité peu coûteuse, avantage comparatif important pour cette étape de la chaîne de valeur particulièrement énergivore. La production d?un kilo de polysilicium en France émet 23,12 kgCO2eq contre 87,82 kg en Allemagne et 141,02 kg en Chine72. Relocaliser une partie de la production de polysilicium en France ou en Europe permettrait de réduire les émissions de gaz à effet de serre (encadré 4). L?absence d?entreprises françaises dans le domaine du polysilicium peut s?expliquer par la forte intensité capitalistique des usines (seules les grandes usines sont rentables) et la présence d?acteurs déjà importants, y compris européens. La barrière à l?entrée sur ce marché est très haute. Deux conditions sont indispensables à une relocalisation de la production de polysilicium en France ou en Europe : ? des soutiens publics, notamment pour pallier le manque d?investissements privés ; ? la valorisation, à l?échelle européenne, de la production bas carbone, que ce soit par la mise en place de critères environnementaux dans les appels d?offres ou de mécanismes de tarification du carbone. Ceci permettrait de réduire le déficit de compétitivité-coût du polysilicium européen par rapport au polysilicium chinois. La protection accordée aux fabricants européens ne doit évidemment pas être totale, il reste primordial de garantir un minimum de concurrence pour encourager l'amélioration de la performance et la réduction des coûts à travers l'innovation, et éviter les situations d'oligopole. A côté des bénéfices environnementaux, une telle stratégie contribuerait à réduire le déficit de la balance commerciale sur le PV et créerait de la valeur ajoutée et des emplois sur le territoire européen. 71 Une partie du silicium-métal fabriqué par Ferropem est achetée par Wacker (entreprise allemande faisant partie du top 10 mondial des entreprises de polysilicium) en vue de la production de polysilicium de qualité solaire. 72 Valeurs de référence du bilan carbone simplifié du cahier des charges des appels d'offres du ministère de la Transition écologique 73 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le potentiel de création d'emplois est néanmoins limité du fait du fort degré d'automatisation des unités de production, corollaire de sa compétitivité - coût. La lourdeur des investissements industriels à consentir justifie de bien mesurer le décalage entre les besoins du marché à venir, en y intégrant l?éventuel développement d?un segment bas carbone sur le marché du polysilicium, et les surcapacités industrielles déjà existantes. Encadré 4 : estimation des émissions de CO2 évitées en cas de relocalisation d?une partie de la production de panneaux en France ou en Allemagne A l?horizon 2030, 36 GWc supplémentaires devraient être déployés sur le sol français et 200 GWc sur le sol européen. Le calcul des émissions évitées en cas de relocalisation d?une partie de la production de polysilicium est effectué selon deux scénarios d?efficacité-matière : le premier considère que l?on reste à efficacité-matière constante d?ici 2030 (soit 4 kilos de polysilicium par kWc, y compris pertes et casses lors du processus de production), le second considère que l?efficacité- matière prévue d?ici 2030 est atteinte dès aujourd?hui (soit 2 kilos de polysilicium par kWc). Ces deux scénarios donnent donc une fourchette réaliste des émissions évitées. Les calculs sont effectués pour une relocalisation en France ou en Allemagne de la production dans deux hypothèses différentes : ? cas 1 : la production de 50 % des panneaux installés en France jusqu?en 2030 est relocalisée ? cas 2 : la production de 30 % des panneaux installés en Europe jusqu?en 2030 est relocalisée Émissions de gaz à effet de serre évitées (en Mt) Relocalisation en France Relocalisation en Allemagne Scénario efficacité-matière constante : 4 g polySi /Wc 13,9 6,3 Scénario efficacité-matière haute : 2 g polySi /Wc 9,1 4,1 Émissions de gaz à effet de serre évitées (en Mt) Relocalisation en France Relocalisation en Allemagne Scénario efficacité-matière constante : 4 g polySi /Wc 46,4 21,0 Scénario efficacité-matière haute : 2 g polySi /Wc 30,2 13,7 Les facteurs d?émissions utilisés proviennent de l?évaluation carbone simplifiée présente dans le cahier des charges des appels d?offres du ministère de la Transition écologique. Les différences hypothèses de calcul sont explicitées en annexe 4. Tableau 9 : émissions évitées en cas de relocalisation de la production en Europe (au lieu d?une production en Chine) de 50 % des nouvelles capacités installées en France d?ici 2030 Tableau 10 : émissions évitées en cas de relocalisation de la production en Europe (au lieu d?une production en Chine) de 30 % des nouvelles capacités installées en Europe d?ici 2030 74 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 2. LA RELOCALISATION DE LA FABRICATION DES PANNEAUX, DU LINGOT AU MODULE, PARAÎT MOINS RISQUÉE SUR LE PLAN FINANCIER MAIS NE SERA POSSIBLE QU?AVEC UN RÉEL SOUTIEN PUBLIC ET POLITIQUE La reconquête des maillons de la fabrication des lingots et des wafers, de la production des cellules et de l'assemblage des modules semble à court terme plus facile à mettre en oeuvre que celle de la fabrication de polysilicium. En effet, ces activités sont beaucoup moins capitalistiques et présentent donc moins de risques financiers. Par ailleurs, l?électricité peu chère et peu carbonée confère à la France un réel élément de compétitivité, notamment du fait de l?intensité énergétique de la production des lingots, en particulier des lingots monocristallins73. Le gain en GES lié à la relocalisation de ces étapes de la chaîne de valeur est cependant bien moins important que celui lié à la relocalisation du polysilicium, étape la plus énergivore de la chaîne de valeur du PV. Encadré 5 : estimation des investissements nécessaires pour la création d?une filière européenne du PV Les scénarios de développement du PV en France et en Europe sont les mêmes que ceux décrits dans l?encadré précédent. Les hypothèses de relocalisation et d?efficacité-matière sont également identiques. Pour la production de polysilicium, il est fait l?hypothèse que l?investissement nécessaire est de 110 euros par kilo de capacité de production (cette hypothèse est basée sur le dernier investissement réalisé par Wacker aux États-Unis). Les résultats vont de 400 millions à 2,4 milliards d?euros selon les scénarios. Investissements nécessaires pour la production de polysilicium (en milliards d'euros) Relocalisation de 50 % du parc installé en France Éfficacité matière constante (4 g poly Si/Wc) 0,7 Éfficacité matière haute (2 g poly Si / Wc) 0,4 Relocalisation de 30 % du parc installé en Europe Éfficacité matière constante (4 g poly Si/Wc) 2,4 Éfficacité matière haute (2 g poly Si/Wc) 1,2 La relocalisation de la production des étapes allant du lingot aux modules nécessiterait des investissements moins lourds (400 millions à 1,2 milliards). Le calcul est basé sur l?investissement réalisé par GCL en Inde dans une usine avec une capacité de 4 GWc pour 1 milliard de dollars74. Cette usine, du fait de son intégration et de sa taille, présente des coûts moindres que des usines plus petites et restreintes à une étape de la production. Ces calculs, nécessairement approximatifs, se situent certainement dans la fourchette basse. Investissements nécessaires pour la production de polysilicium (en milliards d'euros) Relocalisation de 50 % du parc installé en France 0,4 Relocalisation de 30 % du parc installé en Europe 1,2 73 Le canadien STACE partage la même analyse sur l?avantage procuré par une électricité peu carbonée et envisagerait de se lancer dans la fabrication de lingots/wafers au Québec pour profiter de l?électricité produite par les barrages hydroélectriques. 74 Source : https://www.journal-photovoltaique.org/les-actus/une-usine-de-4-gw-en-inde-pour-gcl/ Tableau 11 : investissements nécessaires pour la relocalisation de la production de polysilicium en Europe Tableau 12 : investissements nécessaires pour la relocalisation de la production de modules (depuis le lingot) en Europe 75 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le tissu industriel français, avec ses équipementiers innovants, constitue un écosystème favorable aux innovations et rend possible la création de synergies industrielles. La reconquête industrielle serait donc possible en visant la fabrication de panneaux haut-rendement (monocristallins, hétérojonction, etc.) et bas carbone. Ce marché est aujourd?hui loin d?être saturé. Il n?est en effet investi que par quelques acteurs norvégiens au niveau des étapes de fabrication de lingots et de wafers. Leur capacité de production (environ 1 GWc annuel) reste faible par rapport aux besoins à venir du marché français (et encore plus si la volonté d?investir dans des panneaux bas carbone est partagée au niveau européen). Sur l?assemblage des modules, l?enjeu est d?assurer la pérennité des acteurs existants, en continuant, encore et encore, l?intégration des innovations technologiques dans le processus de production. Les gains environnementaux liés à la relocalisation de cette étape en France sont plus limités car l?assemblage des modules est un poste mineur dans le bilan-carbone d?une installation PV. Sur les segments de la fabrication de lingots, de wafers et de cellules, les compétences industrielles et en recherche-développement sont encore bien présentes (même si on ne compte plus qu'un unique acteur français) : ? pour la fabrication de lingots, la France dispose d?une avance technologique sur le « mono- like », qui permet de fabriquer des lingots combinant les avantages du multicristallin (faible coût et faible consommation d?énergie) et du monocristallin (meilleur rendement) ; ? pour la fabrication de wafers, des procédés, en voie d?industrialisation, devraient permettre d?ici quelques années de recycler le kerf. Récupérer ces 40 % de polysilicium et le réintégrer directement dans le processus de production pourrait devenir un atout majeur dans la compétition mondiale ; ? pour la fabrication de cellules, les investissements à réaliser sont importants (dix fois plus que pour les modules). Cependant, si la fabrication de lingots, de wafers et de modules est présente sur le sol français ou européen, il semblerait logique d?essayer de reconquérir également ce segment de la chaîne de valeur, ne serait-ce que pour minimiser le coût environnemental des transports entre l?Europe et l?Asie. 76 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Encadré 6 : les enjeux-ressources et économiques liés à la production annuelle de kerf Sans la mise en oeuvre de solutions de recyclage pertinentes, on estime qu?environ 40 % du polysilicium est aujourd?hui perdu sous forme de kerf (soit environ 200 000 tonnes par an). À la valeur d?achat du silicium qualité PV, cela représente une perte de 2 milliards de dollars, ainsi que 1,2 million de tonnes de ressources (essentiellement bois, charbon, silice). En se basant sur un scénario qui verrait l?atteinte en 2030 d?une capacité de production de panneaux de 600 GWc par an, et d?une consommation de 2 grammes de silicium par watt- crête (diminution de moitié par rapport à aujourd?hui), les pertes en kerf atteindraient au moins 640 000 tonnes par an en routine. La production de silicium solaire dans les conditions actuelles, mais avec recyclage du kerf, représenterait alors une émission de CO2 égale à 50 % de l?émission française actuelle. Il est impératif de pouvoir récupérer ce kerf aussi bien pour des raisons économiques qu?environnementales. Dans la figure ci-dessous, la partie rouge représente des « fines » fabriquées au cours du procédé : elles ne sont pas recyclées dans la filière solaire mais sont remises en métallurgie. Ces quantités-là ne sont donc pas perdues. Les conditions de réussite d?une telle reconquête sont similaires à celles exposées précédemment : nécessité d?un soutien public et politique pour les investissements initiaux, ainsi que d?un avantage accordé aux panneaux bas carbone dans les nouvelles installations. Une protection de la propriété intellectuelle renforcée pourrait être mise en place afin de s?assurer que l?avance technologique dont jouissent les laboratoires de recherche européens soit préservée le plus longtemps possible. Pour maximiser les bénéfices environnementaux et économiques d?une telle stratégie, la vision de filière, du polysilicium à la fin de vie, est primordiale. À titre d?exemple, le modèle envisagé pour le recyclage du kerf est d?installer des centres de traitement à côté des usines de production de wafers. En l?absence d?unités industrielles de wafers sur le sol européen, les premiers bénéficiaires de cette innovation, en termes de compétitivité-coût, seront les Chinois (qui ont d?ailleurs interdit les exportations de kerf). Le potentiel de création d?emplois directs est relativement faible, là aussi à cause de l?automatisation des procédés. Une stratégie de filière cohérente pourrait permettre d?optimiser la création d?emplois, y compris indirects et induits. Source : CEA 77 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. LE RECYCLAGE À HAUTE VALEUR AJOUTÉE DES PANNEAUX EN FIN DE VIE : UNE OPPORTUNITÉ INDUSTRIELLE ET ENVIRONNEMENTALE MAJEURE Le nombre de panneaux arrivant aujourd'hui en fin de vie est limité (quelques milliers de tonnes par an en France). En effet, la filière PV est jeune et la durée de vie des panneaux PV est en moyenne de 30 ans. Ainsi, les 50 000 à 60 000 tonnes de panneaux mises sur le marché en France chaque année ne deviendront des déchets que dans 20 à 30 ans. Le recyclage de haute valeur ajoutée de ces panneaux doit néanmoins se préparer dès aujour- d'hui car les défis techniques et industriels sont importants et le gisement des déchets à venir énorme. Le recyclage de haute valeur ajoutée implique tout d?abord de relever d?importer défis technique. La valorisation, actuellement mise en oeuvre, est en effet limitée aux éléments les plus pondéreux d?un panneau comme le cadre en aluminium et le verre. Ceci est suffisant pour atteindre les objectifs réglementaires portant sur la valorisation de la directive européenne sur les déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE), objectifs qui sont uniquement définis en masse globale, en l?absence d?autres procédés rentables. Cela n?encourage pas la filière de gestion de fin de vie des panneaux usagés à récupérer les matières présentes en petites quantités et difficiles à récupérer techniquement (argent, polysilicium), ni à développer un recyclage de haute qualité. En l'absence de politique volontariste de recyclage de ces déchets, ce sont des milliers de tonnes de matières qui ne pourront pas se substituer aux matières primaires dans un contexte de forte croissance de leur demande. Et dans le cas du PV cristallin, l?énergie dépensée pour atteindre la qualité silicium solaire resterait totalement perdue en fin de vie. Au-delà des bénéfices environnementaux, il y a un intérêt économique certain à mettre au point des méthodes de valorisation des matières dont la valeur économique est élevée et/ou rare (le polysilicium et l?argent) et d'améliorer le recyclage du verre solaire, aujourd'hui valorisé en sous- couche routière. Encadré 7 : quelques ordres de grandeur sur le recyclage Quelques chiffres permettent de bien saisir l?enjeu majeur que représente le recyclage. 480 000 tonnes de silicium de qualité PV ont été utilisées au niveau mondial en 2018. Si le volume de silicium contenu dans les panneaux arrivant en fin de vie en 2018 n?était que de quelques milliers de tonnes, il devrait atteindre 200 000 tonnes d?ici 2026. Une autre manière de voir est de regarder le gisement que représentent les 500 000 MWc installés fin 2018 au niveau mondial : ce dernier représente 2,5 millions de tonnes de silicium qui pourraient être perdues en l?absence de recyclage. Sur le plan industriel enfin, il paraît judicieux de bâtir une filière capable d?effectuer une valorisation à haute valeur ajoutée du gisement français de panneaux usagés. Ce segment de la chaîne, à l?heure actuelle totalement vide, recèle des opportunités pour les industriels français. La France dispose d?atouts : un éco-organisme (PV cycle), une usine (unique en Europe) de traitement des panneaux cristallins usagés et des start-up capables de développer des procédés innovants pour recycler, dans des filières à haute valeur ajoutée, les principales matières présentes dans les panneaux cristallins usagés. La prise en compte des problématiques liées au recyclage dès la conception du module peut faciliter la mise en oeuvre technique d?une valorisation à haute valeur ajoutée des matières contenues dans les modules. Elle peut néanmoins entrer en contradiction avec d?autres stratégies de réduction des impacts environnementaux comme la durabilité, au sens de la durée de vie des panneaux75. 75 Par exemple, une démontabilité plus aisée des modules, qui facilite le recyclage, peut entrer en contradiction avec la durée de vie du fait d?une moindre étanchéité des modules. 78 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? En outre, la collecte représente une part importante des coûts de gestion des panneaux usagés (matériaux pondéreux). Ce coût va jouer un rôle déterminant pour le dimensionnement et la localisation des unités de traitement des panneaux usagés, qui représentent à terme plusieurs dizaines de milliers de tonnes, soit l'équivalent de 12 usines de traitement du modèle de l'usine de traitement actuelle. Concernant le recyclage des panneaux CdTe, aujourd?hui assuré par une usine située en Allemagne, les volumes de panneaux usagés ne sont pas encore suffisants pour justifier la création d?une usine de traitement en France. Cependant, à plus long terme, la question pourrait se poser, d?autant que la France possède déjà des acteurs dans la récupération du cadmium dans les accumulateurs en fin de vie. Maillon de la chaîne de valeur Production des modules ? polysilicium Production des modules ? lingots, wafers Production des modules ? cellules Production des modules ? assemblage Recyclage en fin de vie Conditions de réussite Soutien public et politique important, à l?échelle européenne Valorisation au niveau européen de la production bas carbone Renforcement réglementaire des objectifs du recyclage Protection de la propriété intellectuelle (mono-like, recyclage du kerf, recyclage silicium et argent en fin de vie?) Facteurs d?incertitudes Absence d?acteurs français (et donc de compétences) Capacité à industrialiser le procédé de recyclage du kerf en cours d?élaboration Quasi-absence d?acteurs français (et donc de compétences) x Capacité à industrialiser les processus de recyclage à haute valeur ajoutée (notamment silicium et argent) Aversion au risque des industriels et des investisseurs français Capacité à faire connaître la technologie mono- like et d?autres innovations majeures Capacité à trouver des débouchés à haute valeur ajoutée pour les matières recyclées (notamment verre) Soutiens financiers publics incertains (cadre européen des aides d?état) Risques Concurrence internationale (même sur le polysilicium bas carbone avec les acteurs norvégiens) Perte de l?avance technologique Très fortement capitalistique Fortement capitalistique x Potentiel de création d?emplois Limité (automatisation importante nécessaire) Limité (automatisation importante), un peu plus importante en cas de recyclage du kerf Limité (automatisation importante nécessaire) Limité (automatisation importante nécessaire) Limité à moyen si capacité à faire un recyclage à très haute valeur ajoutée Potentiel de création de VA Important surtout en cas d?intégration forte de la filière Important Bénéfices environnementa ux (production en Europe/France versus production en Asie) Très importants (GES) Importants (GES - très important en cas de recyclage du kerf) Moyens (GES) Faibles (GES) Importants (GES et matières critiques comme l?argent) Tableau 13 : récapitulatif des différents éléments d?analyse sur la création d?une filière européenne du PV 79 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? E. Des opportunités non négligeables pour certains marchés « de niche » Si le déploiement d?une activité industrielle de modules PV « standards » s?inscrit dans un marché de très forte compétitivité, le contexte est différent pour les marchés dits de « niche ». Ces derniers sont pour certains loin d?être négligeables et peuvent représenter de réelles opportunités pour des acteurs français et européens. Le plus important est celui du BIPV (« building-integrated photovoltaics »), le photovoltaïque intégré au bâtiment. De nombreuses niches existent, par ailleurs, dans le domaine du PIPV (« Product integrated PV »). Ce dernier ne sera cependant pas traité ici car il renvoie davantage à l?autonomisation de composants (exemple : portails, volets, chargeurs) qu?à la production d?électricité. 1. LE PHOTOVOLTAÏQUE INTÉGRÉ AU BÂTIMENT (BIPV) Le BIPV se décompose en 2 grandes familles : les composants pour toiture et les composants pour façades. Le potentiel de déploiement est immense et le développement de ce secteur est attendu depuis 10 ans. Néanmoins, il ne progresse que lentement en raison des craintes du secteur du bâtiment vis-à-vis de telles installations et de la complexité qu?elles apportent à un projet de bâtiment tant au niveau de la conception que de la réalisation. Ainsi, la tarification très favorable instaurée pendant quelques années (jusqu?à 62 cts/kWh autour des années 2010) n?a pas permis le développement d?un tissu industriel conséquent et pérenne. La prochaine réglementation thermique du bâtiment (E+/C-) devrait permettre d?accélérer le développement du BIPV en France puisqu?elle prévoit « une bonification à la production d?énergie ». De plus, du fait de la baisse du prix des cellules, il devient donc possible de développer des « composants bâtiment PV pour toits ou façades » à prix similaires à d?autres composants d?enveloppe du bâtiment (toits en ardoise ou façades ventilées par exemple). L?intégration de PV sur les nouvelles constructions devrait petit à petit se généraliser. Pour la rénovation, elle est plus délicate et peut se faire sous forme BAPV (« Building applied PV »). Ce terme désigne le PV en surimposition et contrairement à l?intégration complète, elle n?implique pas de faire partie intégrante de l?enveloppe. Des solutions complémentaires existent telles des vérandas ou des abris voitures solaires. Aujourd?hui, quelques acteurs français existent sur ces marchés : Systovi assemble ainsi des modules standards pour toiture ou des modules hybrides PV et thermique tandis que les deux autres acteurs principaux du BIPV, Dualsun et GSE, achètent directement les modules. Edilian (anciennement Imerys) et Akuo Energy en partenariat avec Sunstyle (producteur situé en Suisse) sont quant à eux positionnés sur le segment de la tuile solaire qui permet de concilier la production d?électricité PV avec les exigences liées à l?esthétique des bâtiments. 2. LE VIPV: «VEHICLE INTEGRATED PV» Le marché du VIPV est potentiellement très important mais difficile à estimer. Jusqu?à récemment, la plupart des constructeurs accordait peu d?attention au PV car ce dernier produit peu en regard des besoins des véhicules. Cependant, progressivement, de plus en plus de constructeurs (au Japon, en Allemagne, en France, en Chine?) s?y intéressent et certains modèles commencent à intégrer le PV, comme la Toyota PRIUS hybride qui possède un pavillon entièrement PV. En Allemagne, un « spinoff » de BMW a conçu et commercialise des voitures dont toute la carrosserie intègre des cellules en silicium cristallin. 80 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. LES MODULES LÉGERS ET NOMADES POUR LE DOMAINE MILITAIRE ET POUR LE TOURISME Le domaine militaire et le tourisme ont besoin de moyens de production d?énergie mobiles facilement transportables et déployables. Ils constituent une véritable opportunité car ils nécessitent des produits et systèmes spécifiques : les marges commerciales sont donc a priori plus intéressantes que pour le marché standard. A titre d?exemple, 2CA fabrique des modules légers (OPERASOL) conçus initialement pour les applications militaires mais pouvant être adaptés à d?autres usages notamment tout le marché « nomade » (camping-car, tourisme, vélo?). 4. LES « ROUTE SOLAIRES » De très grandes surfaces sont goudronnées sans pour autant être soumises à de nombreux roulages. Elles pourraient être un support pour le PV sans empiéter sur les surfaces agricoles : pistes cyclables, certaines zones de parking... Elles nécessitent des produits spécifiques pour répondre aux sollicitations mécaniques et avoir des propriétés antidérapantes. Wattway du groupe Colas utilise ainsi des modules spécifiques produits par SNA pour route solaire et des passages piétons solaires éclairés par LED la nuit. 5. LE PV FLOTTANT AVEC MODULES DÉDIÉS Aujourd?hui, ce sont des modules standards qui sont utilisés pour les installations de PV flottant. Mais demain, on pourrait imaginer des modules plus adaptés à l?environnement spécifique des plans d?eau, notamment des modules semi-transparents qui auraient un moindre impact sur la flore et la faune lacustres. 81 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? VI. Recommandations 82 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le fort développement du photovoltaïque attendu dans les années à venir va mobiliser davantage de matières premières minérales dont certaines, comme le silicium métal, sont aujourd?hui considérées comme critiques par l'Union européenne. D?autres peuvent polluer les milieux par leur toxicité, en particulier lorsque les processus métallurgiques associés sont situés dans des pays où ces activités sont peu encadrées et maîtrisées. Enfin, la transformation de ces minerais en matières premières peut être fortement émettrice de gaz à effet de serre, en particulier lorsque le mix énergétique utilisé est à dominante de pétrole et/ou de charbon. Ces enjeux « matières » sont d?autant plus importants à prendre en compte que les matériaux entrant dans la composition des panneaux, une fois ceux-ci arrivés en fin de vie, ne sont pas tous récupérés (à l?exemple de l?argent ou même du silicium), et lorsqu?ils le sont, se retrouvent sous une forme dégradée qui se substitue à des matières premières de faible valeur (utilisation du verre en sous-couche routière par exemple). Des leviers existent pour réduire les conséquences du déploiement du photovoltaïque sur les ressources minérales et améliorer son bilan environnemental, déjà très positif par rapport aux énergies fossiles. L?amplitude de la réduction, en valeur absolue, dépend de la part que le photovoltaïque représente et représentera dans la consommation de ces ressources. L?évolution de la demande des autres secteurs consommateurs sera également déterminante dans la maîtrise (ou non) des risques économiques, environnementaux et sanitaires associés à ces matières. Une augmentation concomitante de la demande d?une matière par plusieurs secteurs augmente considérablement les risques pesant sur cette matière. La probabilité d?une telle évolution est élevée pour certains métaux comme le cuivre. Celui-ci fera l?objet d?une attention particulière dans le deuxième rapport d?étape portant sur le stockage stationnaire et les réseaux, prévu pour mi-2020. Des opportunités industrielles ont été identifiées en cohérence avec la nécessité de réduire les impacts du déploiement du photovoltaïque sur la consommation de matières minérales. Ceci implique le déploiement d'une filière photovoltaïque bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques, et d?excellence environnementale. Les propositions ci-dessous s'inscrivent dans ce cadre. Elles se structurent autour de quatre axes : ? mieux gérer les approvisionnements ; ? développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés ; ? garantir le déploiement, sur le sol français, d?un PV à haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques ; ? favoriser le développement industriel en France / Europe d?une filière PV de haute performance environnementale, bas carbone et à faible impact. A. Mieux gérer les approvisionnements Le risque direct sur la disponibilité des ressources minérales pour la production des modules apparaît limité, pour les industriels français comme pour ceux de l'Union européenne en général du fait d?un approvisionnement principalement sous la forme de produits finis et semi-finis (cellules, modules, cadre d?aluminium, pâte d?argent métallique?). Ce constat exclut les ressources minérales contenues dans les composants tels que les onduleurs et les câbles qui, bien qu?éléments constitutifs d?une installation photovoltaïque, n?ont pas été étudiés dans le présent rapport. Ils le seront dans le prochain rapport, qui portera sur les réseaux et le stockage stationnaire. Bien entendu, des risques indirects ne sont pas exclus tant pour l?équipement de la France que pour celui de l?Union européenne (par exemple pour l?argent). En outre, les acteurs industriels français, de petite taille, sont dépendants du quasi-monopole asiatique et notamment chinois pour la partie matériaux et composants, et sont donc exposés à des retards ou des défaillances dans les livraisons, avec des difficultés à trouver rapidement d'autres fournisseurs. 83 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Néanmoins pour des raisons éthiques et économiques (perte de réputation), il devient de plus en plus difficile de se désintéresser de l?origine des ressources minérales qui entrent dans la composition des produits finis et semi-finis qu?on importe. La gestion de ce risque est d?autant plus complexe que la traçabilité des ressources minérales qui entrent dans la composition des produits finis et semi-finis importés est difficile à établir, notamment car la chaîne de valeur du PV est mondialisée. Le meilleur moyen d?assurer un approvisionnement responsable est de produire les matières premières primaires et secondaires sur le territoire national. Ces questions seront abordées dans le rapport n°3 sur la mobilité bas carbone (dont les travaux débuteront mi- 2020) et dans le rapport final de synthèse (prévu en 2021) qui servira de base à l?élaboration du plan de programmation des ressources minérales de la transition bas carbone. À court terme, des tensions sur l'argent peuvent se présenter. L?argent est utilisé dans de nombreux secteurs industriels, ses propriétés de conductivité thermique et électrique étant très appréciées. Une vigilance à moyen/long terme est nécessaire pour suivre les innovations qui ajouteraient de nouveaux usages ou celles qui en supprimeraient. Une meilleure connaissance de la nature des besoins industriels et de l?offre actuelle (métal et sels d?argent) serait utile pour anticiper les éventuels risques d?approvisionnement et favoriser une croissance de l?offre européenne, primaire et secondaire. La production secondaire issue du recyclage des métaux ne fait pas l?objet de rapportage systématique. Un recensement de cette production, au même titre que la production primaire, améliorerait la transparence des industries de recyclage et permettrait aux utilisateurs européens d?identifier des sources européennes de production. Pour le silicium métal, il s'agit : ? de suivre et de veiller à l'adéquation des capacités industrielles de production de polysilicium à l?évolution des besoins, qui est très rapide ; ? de suivre l'impact de la demande de polysilicium sur la ressource « silice », tous les gisements de quartz n'étant pas adaptés à la qualité requise pour la production de polysilicium. En outre, les réserves de quartz de haute pureté, bien que supposées abondantes sont mal connues. Dans l?optique d?une relocalisation des étapes amont de la chaîne de valeur de production des panneaux, une attention particulière pourrait être portée aux gisements européens. Par ailleurs, ce suivi doit intégrer le secteur de la microélectronique, en pleine croissance, et qui lui aussi a des besoins, bien que très inférieurs en volume, en polysilicium de très haute pureté. Recommandation 1 Dans le cadre des travaux du Comité des métaux stratégiques : ? approfondir les connaissances sur l?offre actuelle en argent (métal et sels) ainsi que les usages industriels et la forme sous laquelle l?argent est consommé (métal ou sels) pour favoriser des opportunités de production en Europe. Y intégrer un suivi à moyen et long terme des innovations susceptibles d'ajouter un nouvel usage à l'argent ; ? améliorer la connaissance des ressources et des réserves de silice adaptée à la production de polysilicium pour répondre aux besoins des secteurs du solaire et de la micro- électronique. Porter une attention particulière aux gisements européens. Recommandation 2 Intégrer le sujet de la production d?argent secondaire et plus généralement de la production des métaux de recyclage dans l?enquête annuelle de production de l?INSEE. 84 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? B. Développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés 1. FAIRE DE L?ÉCOCONCEPTION UN AXE DE DIFFÉRENCIATION VERTUEUSE DES PRODUITS « MADE IN FRANCE / EUROPE » Du fait de la courbe exponentielle de croissance du PV, il est urgent de développer des solutions permettant de minimiser les impacts environnementaux des modules PV, depuis l?extraction des matières premières jusqu?à la gestion de la fin de vie des panneaux. La diminution de la quantité de matières par module, l?utilisation de matières à moindre impact environnemental, le développement d?un recyclage des modules de haute valeur ajoutée constituent des leviers clés pour améliorer le bilan environnemental du photovoltaïque. L?écoconception est au coeur de ces enjeux et doit permettre de renforcer le bilan carbone positif du PV, notamment par rapport aux énergies fossiles. Or, aujourd?hui, dans un contexte de très forte compétitivité, les travaux de développement et d?innovation des entreprises industrielles et des instituts de recherche-développement sont essentiellement focalisés sur l?optimisation du rendement et la réduction des coûts. Pour réduire les impacts environnementaux associés au prélèvement sur les ressources minérales, la filière doit s?appuyer sur la recherche afin d?établir, à chaque étape du cycle de vie, un cahier des charges pertinent dont les piliers seraient - outre l?économie des ressources -, la limitation des matières toxiques et des impacts des procédés de fabrication, l?utilisation de procédés d?assemblage qui garantissent la séparation des matériaux en fin de vie (sans dégrader la fiabilité et la solidité des équipements), car cette séparation favorise un recyclage de haute valeur ajoutée et la récupération de matières non valorisées actuellement, comme l?argent et le silicium solaire. L?identification de voies de différenciation environnementale compétitives, assises sur ces principes, implique des travaux de recherche et des synergies entre les acteurs industriels et les acteurs de la recherche. L?élaboration de cahiers des charges pourrait s?inscrire dans le cadre de la mise en oeuvre de la feuille de route sur le photovoltaïque, en cours de finalisation par le CSF « Industries des nouveaux systèmes énergétiques ». Ces travaux pourraient servir de base à la création d?un écolabel français sur le PV et/ou alimenter les travaux européens dans le cas où la création d?un écolabel européen et/ou d?un règlement européen sur l?écoconception du système PV, en cours d?investigation, serait actée par la Commission européenne. Une étude a en effet été lancée par la Commission européenne pour évaluer la faisabilité et la pertinence de la mise en place, au niveau européen, d?instruments pour orienter le marché vers des systèmes photovoltaïques plus vertueux sur le plan environnemental. La création d?un règlement d?application de la directive écoconception sur le photovoltaïque et d?un écolabel européen en font partie. L?étude, menée par le Joint Research Center, devrait également donner des lignes directrices sur les critères d?écoconception à privilégier. Les premiers résultats laissent à penser qu?en l?absence d?une forte mobilisation des parties prenantes publiques et privées, ces initiatives européennes manqueront vraisemblablement d?ambitions, ce qui rend plus important encore une démarche française. Recommandation 3 Lancer des travaux pour établir un cahier des charges « écoconception PV » (module, onduleur, systèmes) dont les piliers seraient : ? la limitation de l?usage des ressources (y compris énergétiques) ; ? la limitation des impacts des procédés de fabrication (efficacité énergétique, consom- mation d?eau ?) et des matériaux toxiques ; ? l?utilisation de procédés d?assemblage permettant de garantir la séparation des matériaux en fin de vie, la fiabilité et la durabilité. Ces travaux, qu?il conviendra d?articuler avec ceux en cours au niveau européen, pourraient être pilotés par l?Ademe et s?inscrire dans le cadre des travaux du CSF "Industrie des nouveaux systèmes énergétiques". 85 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 2. TROUVER ET DIFFUSER DES SOLUTIONS INDUSTRIELLES POUR UN RECYCLAGE PERFORMANT DES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES EN FIN D?USAGE Dotée depuis 2015 d?un éco-organisme en charge de la collecte et du traitement des panneaux photovoltaïques, la filière affiche un taux élevé de recyclage et de valorisation (de l?ordre de 90 %), caractérisé néanmoins par des applications de très faible valeur ajoutée : en effet, la déconstruction des panneaux ne permet d?accéder qu?à l?aluminium, au verre et au cuivre, mais pas au silicium et à l?argent. La forte croissance des besoins en matières liées au déploiement du PV et l?importance du gisement de panneaux PV usagés à venir exigent de trouver des solutions industrielles innovantes pour récupérer les matières qui présentent des enjeux d?approvisionnement (silicium et argent) et un fort potentiel de réduction de l?empreinte environnementale (silicium solaire). Ces matières sont à traiter dans des applications de haute valeur ajoutée. Le verre solaire, aujourd?hui valorisé en sous-couches routières, doit également trouver des débouchés à meilleure valeur ajoutée. Certains acteurs industriels français sont particulièrement engagés. Des solutions sont à l?étude pour le recyclage du verre solaire et le recyclage performant du silicium et de l?argent. Pour inciter les acteurs du recyclage à s?engager en ce sens, l?intégration d?objectifs de recyclage pour le silicium et l?argent devrait être discutée au niveau européen lors de la prochaine révision de la directive DEEE, qui pourrait avoir lieu en 2024 (la directive DEEE venant en effet d?être révisée). La même question se pose pour le cadmium et le tellure utilisés dans les technologies CdTe. La France pourrait profiter de sa présidence du Conseil de l?Union européenne, en 2022, pour initier, auprès de la Commission européenne, l?étude d?évaluation à mi-parcours de la mise en oeuvre de la directive DEEE, préalable indispensable à toute décision de révision. Au regard du potentiel, à terme, du marché du recyclage des panneaux photovoltaïques (des dizaines de millions de tonnes de panneaux d?ici 2050), les acteurs industriels français et européens ont intérêt à se positionner sur des technologies de valorisation innovantes afin de se préparer aux enjeux des filières au niveau mondial. Le maintien du tissu industriel de recyclage en Europe (et du tissu industriel en général) nécessitera aussi de mettre en place les procédures nécessaires pour éviter le rachat par des firmes étrangères (et notamment chinoises) des PME innovantes françaises et européennes. 3. ÉVALUER LA PERTINENCE DE DÉVELOPPER ET DIFFUSER DES SOLUTIONS INNOVANTES DE RECYCLAGE DES DÉCHETS INDUSTRIELS (KERF ET LIQUIDE DE DÉCOUPE) Au-delà de l?écoconception, d?autres voies ont été identifiées pour améliorer le bilan environnemental du photovoltaïque. Le recyclage des pertes industrielles de matières (kerf) et celui du liquide de découpe présentent des opportunités de réduction de la consommation de silicium métal primaire et d?énergie pour le premier, et de l?émission de rejets polluants dans le milieu pour le second. Il existe aujourd?hui des pistes permettant d?envisager le recyclage sur site du kerf. Dans la mesure où la production de kerf est principalement localisée en Asie, la diffusion de cette innovation ne profitera aux entreprises françaises que si les activités de découpe des lingots se relocalisent sur le territoire européen. 4. ASSURER LA TRAÇABILITÉ DES MÉTAUX LOURDS PRÉSENTS EN QUANTITÉ SIGNIFICATIVE DANS LES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES EN FIN DE VIE La toxicité du tellurure de cadmium est mal connue et n?est devenue que récemment un sujet d?intérêt pour les toxicologues, du fait notamment de la multiplication des panneaux solaires utilisant cette substance. Des études récentes semblent confirmer que la surface proportionnellement beaucoup plus réactive du tellurure de cadmium pur, quand il est présent sous forme de nanoparticule, le rend plus toxique. Même si, correctement encapsulé, le tellurure de cadmium utilisé dans les procédés de fabrication est supposé inoffensif tant qu?il reste au 86 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? coeur du module, son comportement, au moment de la gestion et du recyclage des panneaux CdTe, gagnerait à être mieux connu. La France est particulièrement concernée car les panneaux CdTe représentent une part plus importante du marché qu?au niveau mondial. Actuellement, les panneaux CdTe usagés sont collectés puis envoyés dans une usine en Allemagne, le gisement actuel étant insuffisant pour justifier la construction d?une unité de traitement en France. Cela pourrait néanmoins changer à moyen terme si les panneaux CdTe maintenaient leur part de marché en France. Enfin, le meilleur moyen pour éviter que le tellurure de cadmium ne se répande dans l?environnement est de le recycler. À l?image des objectifs de recyclage de la directive sur les piles et accumulateurs au titre de l?écotoxicité, des objectifs de recyclage portant spécifiquement sur cette matière potentiellement toxique pourraient être intégrés dans les travaux de la prochaine révision de la directive DEEE. La fixation d?un tel objectif, même non quantitatif, permettrait d?assurer un rapportage sur cette substance et d?en améliorer la traçabilité. Recommandation 4 Pousser à ce que la fixation d?objectifs de recyclage portant sur les matières critiques utilisées dans les cellules PV (silicium, argent, tellure) soit intégrée dans les travaux de la directive DEEE, lors de sa prochaine révision au niveau européen. Faire de même pour le cadmium, à l?image des exigences fixées par la directive européenne sur les piles et les accumulateurs. Évaluer la faisabilité et l?intérêt d?affiner les objectifs de recyclage dans ce même cahier des charges. Recommandation 5 Soutenir la recherche, le développement et le passage à l?industrialisation de procédés de recyclage de haute valeur ajoutée des panneaux en fin d?usage et protéger les acteurs industriels français et européens porteurs d?innovation en ce domaine en mobilisant, si nécessaire, le système de protection des PME à caractère stratégique. Évaluer la pertinence de soutenir les mêmes activités pour le recyclage des déchets industriels, comme le liquide de découpe et le kerf, les autres déchets de polysilicium (chutes et casses étant déjà largement recyclées). Recommandation 6 Réaliser une étude pour évaluer les risques encourus lors de la gestion des panneaux CdTe usagés, déterminer s?ils présentent ou non un caractère de dangerosité et, au regard des conclusions, recommander les traitements les plus pertinents et les prescriptions associées. 5. IDENTIFIER LES LEVIERS D?ACTIONS PERTINENTS POUR LUTTER CONTRE LE RENOUVELLEMENT ANTICIPÉ DES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES On considère généralement que la durée de vie d?un panneau est d?une trentaine d?années. En effet, le rendement énergétique des panneaux photovoltaïques est garantie par les constructeurs pour une durée allant de 20 à de 30 ans76. Au-delà de cette durée, les panneaux continuent à fonctionner mais avec un rendement énergétique qui n?est plus garanti par le constructeur. Cependant, certains facteurs sont susceptibles de conduire à renouveler les panneaux avant cette durée de 30 ans. Plusieurs facteurs pourraient expliquer une telle différence entre durée de vie théorique et durée réelle d?usage : amélioration des performances des panneaux, en particulier du rendement énergétique, évolution des coûts des modules, pannes et défauts de fonctionnement, durée des contrats (20 ans) conclus dans le cadre des appels d?offres, faible niveau de l?éco-contribution77. 76 La garantie « produit » a, en général, une durée différente, bien plus courte (quelques années). 77 Ce faible niveau de l?éco contribution actuelle s?explique par le décalage entre la date de mise sur le marché du produit et la date de sa fin de vie. Au fur et à mesure que la quantité de panneaux photovoltaïques en fin de vie augmentera, le niveau de l?éco- contribution augmentera. 87 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? L?allongement de la durée d?usage des panneaux est un levier significatif pour améliorer le bilan environnemental du photovoltaïque : en effet, avec une même quantité de ressources extraites du sol (et donc avec les mêmes impacts environnementaux associés), on produit davantage d?électricité et dans le même temps, la quantité de déchets produite est réduite. Il est donc nécessaire d?avoir davantage d?informations sur la durée réelle d?usage des panneaux et de ses principaux déterminants. Ceci permettra ensuite d?identifier les leviers pour allonger la durée d?usage des panneaux et d?en déterminer les coûts et bénéfices associés afin d?en évaluer la pertinence. En France, la quasi-intégralité des projets de centrales PV s?est fait dans le cadre du soutien public via le mécanisme des appels d?offres du ministère de la Transition écologique. La durée des contrats permet de garantir une durée minimale d?usage des panneaux, déjà longue, de 20 ans78. La comparaison de la situation française avec celle d?autres pays, notamment ceux où se sont développés des projets sans soutien public, permettrait, entre autres, d?identifier le rôle joué par les conditions des contrats (par exemple la durée du soutien financier public). Recommandation 7 Réaliser une étude sur la durée d?usage des panneaux, en y intégrant un volet parangonnage, afin d?identifier ses principaux déterminants. Identifier les leviers d?actions pour allonger la durée d?usage des panneaux et déterminer les coûts et les bénéfices (y compris environnementaux) associés pour en évaluer la pertinence. 6. ANTICIPER LES BESOINS EN FONCIER LIÉS AU DÉPLOIEMENT DU PHOTOVOLTAÏQUE POUR MIEUX EN MAÎTRISER LES IMPACTS Le déploiement du photovoltaïque en France va se traduire par une augmentation de la capacité PV installée sur les sols et donc par un risque de concurrence d?usage des sols, notamment agricoles. Si ce risque est inexistant pour les centrales au sol soutenues dans le cadre du dispositif des appels d?offres du ministère de la Transition écologique (critère de conditionnalité des soutiens), il est bien réel pour les installations qui ne demandent pas de soutiens financiers. Or, au-delà d?une certaine puissance installée, le photovoltaïque devient une source de production d?électricité de plus en plus compétitive. Cette évolution, tout à fait souhaitable dans le contexte de la lutte contre le changement climatique, réduit les moyens de contrôle des pouvoirs publics sur la localisation des centrales (voir partie IV, chapitre D, paragraphe 6). Le potentiel de 53 GWc que représentent au niveau national les zones délaissées et artificialisées propices à l?installation de centrales photovoltaïques (voir étude Ademe, 2019) pourrait paraître rassurant si ce potentiel ne correspondait pas, dans la grande majorité des cas, à des sites d?une surface relativement modeste (70 % des sites présentent un potentiel compris entre 0,5 et 2,5 MWc). Les résultats de cette étude semblent montrer que l?implantation de centrales photovoltaïques au sol de très grande capacité se traduira par une concurrence avec les usages agricoles et les espaces naturels, qu?il est essentiel d?anticiper pour les minimiser. Les documents d?urbanisme permettent déjà une telle anticipation. Parallèlement, les impacts environnementaux sur les milieux liés au développement du solaire flottant demandent à être précisés rapidement, afin de déterminer dans quelle mesure et à quelles conditions les surfaces en eau (dont les masses d?eau artificielles) constituent un moyen pour relâcher la pression sur le foncier engendrée par le déploiement du photovoltaïque. 78 Le remplacement des panneaux avant le terme de ce contrat (sauf en cas de dysfonctionnements avérés des panneaux) entrainerait la rupture du contrat et obligerait le propriétaire de la centrale PV à rembourser l?intégralité des aides reçues depuis le début du contrat. 88 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Recommandation 8 Évaluer, au-delà du gisement relatif aux zones délaissées et artificialisées, le gisement relatif au foncier de l?État propice à l?implantation de centrales photovoltaïques. Diffuser largement, auprès des porteurs de projet et des services déconcentrés de l?État, le guide sur l?instruction des demandes d?autorisations d?urbanisme pour les centrales solaires au sol, élaboré par le ministère de la Transition écologique et le ministère de la cohésion des territoires et des relations avec les collectivités territoriales. C. Garantir le déploiement, sur le sol français, de technologies PV de haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques En France, le dispositif de soutien au photovoltaïque, qui fait appel au mécanisme d?appels d?offres du ministère de la Transition écologique (installations PV au-delà de 100kW), comporte, dans sa grille de notation, un critère carbone qui peut compter jusqu?à 30 % de la note finale. C?est un dispositif unique dans l?Union européenne. Seule la Norvège l?a mis en place, dans la perspective de pouvoir offrir un avantage comparatif aux acteurs industriels norvégiens. Ce critère carbone constitue une incitation pour réduire le contenu carbone des modules PV en France, soit en privilégiant l?utilisation de modules couches minces CdTe, soit en recherchant les sources d?approvisionnement des différents composants des modules les moins consommatrices d?énergie pour leur production (Norvège, Taïwan, États-Unis, France?). Le bilan carbone des appels d?offres est basé sur un « bilan carbone simplifié ». Le dispositif actuel d?évaluation du critère carbone pourrait être amélioré pour sélectionner, de façon effective, les projets présentant les bilans carbone les plus performants. Par ailleurs, ce bilan carbone simplifié ne prend en compte ni le cadre du module ni le transport final du module jusqu?à la centrale PV. Composé de métaux (aluminium, acier), le cadre peut représenter jusqu?à 15 % de la masse du module. La production de ces métaux est énergivore, ce qui peut, selon le mix énergétique du pays de production, conduire à des émissions de GES significatives. Le poids du cadre dans le bilan carbone du module n?est donc pas négligeable. Par ailleurs la production d?aluminium et d?acier français bénéficie d?un mix bas carbone qui pourrait profiter à un déploiement PV bas carbone. Concernant le transport final, les évaluations varient fortement et il semble aujourd?hui nécessaire d?avoir de plus amples informations sur la part de ce transport dans le bilan carbone total du module. Pour s?assurer de la pérennité du dispositif bas carbone mis en place dans les appels à projet, il conviendrait de se mobiliser très rapidement pour orienter les travaux européens engagés par la Commission européenne sur l?écoconception des systèmes PV (voir recommandation 3). En effet, dans le cas où des travaux seraient lancés par la Commission européenne pour l?élaboration d?un règlement sur l?écoconception des systèmes PV et/ou un écolabel européen, les critères de sélection des appels d?offres PV du ministère de la Transition écologique devront être a minima cohérents avec ceux retenus dans les instruments de régulation européens. En outre, dans la mesure où les installations PV sont amenées à se développer dans les années à venir, il serait utile de mettre en place des outils qui favorisent leur acceptabilité sociale comme par exemple l?affichage d?un contenu local. Ce contenu local pourrait être intégré dans le cahier des charges des appels d?offres du ministère de la Transition écologique sous la forme d?un indicateur à produire par les candidats sur la base du volontariat. Aujourd?hui, pour les étapes de fabrication des modules les plus énergivores, les candidats aux appels d?offres n?utilisent pas les valeurs standardisées de l?évaluation carbone simplifiée, mais des valeurs déterminées par ACV qui doivent être validées par l?Ademe en partenariat avec 89 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Certisolis (organisme de certification du secteur du PV) et le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB). Afin de s?assurer de la conformité de ces valeurs à la réalité des processus industriels, le pouvoir de contrôle (demande de preuves par exemple) de ces organismes pourrait être renforcé. Par ailleurs, les contrôles a posteriori, effectués sur les centrales effectivement installées, pourraient être renforcés afin d?écarter tout risque de fraudes (par exemple, contrôle sur place avec vérification des certificats des sites de production des composants du module, échantillonnage et essai). L?effectivité du critère carbone s?en trouverait ainsi améliorée. Recommandation 9 Participer activement aux travaux européens sur l?écoconception des systèmes PV. Pour favoriser l?acceptabilité sociale des centrales photovoltaïques, en particulier aux sols, favoriser le développement, en France, d?un affichage du contenu local des projets PV sur la base du volontariat. S?appuyer sur les travaux en cours du CSF « Industrie des nouveaux systèmes énergétiques ». Concernant le bilan carbone simplifié du module : ? engager des travaux pour intégrer le cadre du panneau dans le bilan carbone simplifié du module ; ? évaluer, en vue d?une éventuelle intégration, la part que pourrait représenter le transport final du module jusqu?à la centrale PV ; ? renforcer le caractère discriminant du dispositif d?évaluation du critère « carbone » dans le cahier des charges des appels d?offres de telle sorte à donner un avantage réel aux projets les plus exemplaires en termes d?empreinte carbone. Recommandation 10 Renforcer le pouvoir de contrôle des organismes chargés de contrôler les valeurs des ACV fournies par les candidats aux appels d?offres. Renforcer les contrôles post-installation, avec, par exemple, la mise en place de contrôle sur place réalisé par un organisme indépendant et agréé, pour écarter tout risque de fraude et garantir l?effectivité du critère carbone. D. Favoriser le développement industriel en France/Europe d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone Le développement d?une filière PV bas carbone et de haute performance environnementale est un impératif pour maximiser les bénéfices du déploiement du PV au niveau mondial, et en Europe, et plus particulièrement en France (faible intensité carbone du mix électrique), pour l?inscrire en cohérence avec les objectifs climatiques. Cet impératif peut constituer une opportunité pour relocaliser en Europe toute ou partie de la filière du PV. Elle permettrait de créer de la valeur ajoutée et davantage d?emplois qualifiés. Forte de son mix électrique très bas carbone et de la robustesse de son réseau de laboratoires de recherche, la France pourrait développer des activités sur l?amont de la filière PV (lingots et wafers), ainsi que, sur l?aval, dans des produits PV dits de niches présentant une réelle opportunité de marché, par exemple pour le bâtiment (et plus globalement l?environnement bâti), la mobilité, les applications nomades. 90 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La création d'une filière européenne du photovoltaïque est inscrite dans les actions du comité stratégique de filière sur les énergies nouvelles. Elle n?est réaliste qu?avec une forte implication des pouvoirs publics et des industriels car, pour être mise en place et perdurer, un ensemble de conditions doivent être remplies : ? des acteurs industriels européens fédérés autour d?objectifs partagés de développement d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone ; ? la mise en place d?un cadre de régulation européen favorable au déploiement d?une filière industrielle européenne du PV. Cette étape est fondamentale pour asseoir la confiance des industriels, préalable indispensable à leur engagement dans tout projet industriel. Il s?agit d?accorder un avantage au « made in Europe » en intégrant un critère « contenu local », ou, à défaut, un « critère carbone » dans les appels d?offres mettant en concurrence les porteurs de projet de centrales. Un tel mécanisme permettrait de maintenir une concurrence par les prix, indispensable pour préserver une dynamique d?innovation. Sa mise en place se justifierait au regard de l?intensité énergétique des étapes amont de la production des modules photovoltaïques et du mix énergétique plus favorable en Europe. En l?absence de critère carbone généralisé à l?échelle de l?UE, sera favorisée de fait la production chinoise, certes à prix compétitif, mais à plus haut coût environnemental ; ? l?octroi du statut de « projet important d?intérêt européen commun » (« Important project of common european interest », ou IPCEI). En effet, au regard des capacités d?investissement de la Chine et de sa stratégie industrielle volontariste (subventions massives, taxes sur les importations?), il ne sera pas possible de faire émerger une filière industrielle européenne du PV sans un soutien massif des pouvoirs publics (à l?instar de la Norvège), sous la forme notamment de subventions d?investissement. Or, le versement de subventions nationales à un secteur concurrentiel n?est possible que dans le cadre des IPCEI ; ? le maintien du tissu de laboratoires de recherche, l?innovation restant un élément déterminant de compétitivité dans les années à venir, y compris sur le recyclage industriel et en fin de vie. Or, ce maintien sera difficile en l?absence d?industriels sur le territoire ; ? la comparaison du coût moyen du kWc installé « made in Europe », avec celui, inférieur, du kWc « made outside Europe ». S?il est impossible aujourd?hui d?évaluer l?ampleur ou l?impact potentiel du coût au kWc d?une filière européenne sur la vitesse du déploiement du PV, cette évaluation est un prérequis à toute décision sur un tel projet. Recommandation 11 Évaluer l?impact de la mise en place d?un « contenu local » ou de la généralisation d?un « critère carbone » dans les critères des appels d?offres au niveau français et européen sur : ? le prix du PV et sa vitesse de déploiement associé ; ? le contenu carbone des modules ; ? la répartition par technologies. Recommandation 12 Identifier des objectifs susceptibles de fédérer les acteurs industriels européens dans le domaine du PV et soutenir, au niveau européen, la mise en place des outils réglementaires et incitatifs cohérents avec ces objectifs. L?intégration d?un critère « bas carbone » dans les appels d?offres est une piste à privilégier compte tenu de la faible intensité carbone du mix électrique européen. OEuvrer au niveau européen pour faire reconnaître un projet de filière industrielle européenne de PV comme « important project of european common interest », garantissant la possibilité de subventionner ce secteur. Faire reconnaître le droit et l?intérêt de la mise en place d?un « contenu européen » dans les critères des appels d?offres visant le déploiement du PV de sorte à garantir dans la durée la possibilité de subventions aux projets. À défaut, pousser pour étendre à l?Union européenne le dispositif français de prise en compte du bilan GES dans les objectifs de déploiement du PV. 91 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Recommandation 13 Orienter massivement la recherche vers le développement de produits PV respectueux du climat, de l?environnement et des ressources naturelles, y compris pour les nouvelles générations de technologies PV dont certaines semblent aujourd?hui particulièrement prometteuses (cellules à base de pérovskite, cellules multijonctions) et assurer le maintien des compétences R&D nécessaires au développement de nouvelles technologies pour les secteurs stratégiques (spatial, aéronautique, défense) et pour accompagner les nouvelles filières (drones, automobile électrique et avion électrique). Recommandation 14 Pour rendre possible un déploiement PV de haute qualité environnementale et bas carbone, et ce, même en l?absence de développement d?une filière européenne avec des acteurs européens : ? développer la valorisation des compétences développées en R&D en maximisant le retour financier, par exemple sous la forme d?un transfert des technologies vers des acteurs non européens pour des implantations d?usine en Europe à travers la mise en place de critères de conditionnalités bas carbone ou contenu européen. En l?absence d?industriels en France et en Europe, les compétences développées en R&D sont néanmoins amenées à disparaître à plus ou moins brève échéance ; ? porter les enjeux associés au développement de produits de haute performance environnementale et bas carbone dans les instances internationales pertinentes (G7, G20, OCDE). Il s?agirait notamment de pousser les acteurs publics et privés à prendre conscience des enjeux environnementaux liés au développement du PV, des leviers pour les réduire, et de partager les bonnes pratiques en vue de susciter des initiatives visant à améliorer le bilan environnemental de ce secteur. Une telle initiative pourrait être particulièrement pertinente dans le cas où des travaux ambitieux sur l?écoconception des systèmes PV seraient engagés au niveau européen. 92 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? GLOSSAIRE Intermittence : caractère variable, discontinu et non programmable de la production d?énergie par certaines énergies renouvelables du fait de leur dépendance aux conditions météorologiques et au cycle jour/nuit. Dans la mesure où l?énergie électrique se stocke mal (du moins jusqu'à présent), il est indispensable, pour assurer l'équilibre du réseau, qu?à tout moment, la quantité d?électricité produite soit égale à la quantité d?électricité consommée. Le facteur dimensionnant pour le réseau électrique n?est donc pas la quantité d?électricité produite sur une période donnée, mais la puissance maximale qu?il est capable de fournir, qui doit être à tout moment supérieure à la puissance appelée par les consommateurs d?électricité. Kerf79 : poudre pulvérulente issu de la découpe des lingots du polysilicium. Matière première critique : sont considérées comme critiques les matières premières caractérisées par un risque d?approvisionnement et une importance économique élevés. Passivation : procédé qui supprime ou diminue l?activité électrique de surface en évitant la capture de charges électriques. La passivation peut saturer les liaisons non satisfaites (liaisons pendantes) ou créer, à la surface, une zone chargée électriquement qui repousse les porteurs de charge du signe opposé. Puissance d?un panneau : puissance électrique maximale fournie dans des conditions de température et d?ensoleillement standard. S?exprime en Watt-crête (Wc). Ressource solaire : correspond à la quantité d?énergie solaire reçue : celle-ci dépend des saisons, de la nébulosité du ciel, de l?heure de la journée, du lieu géographique (position par rapport à l?équateur notamment), de l?orientation et de l?inclinaison du panneau. Le rayonnement solaire en France est en moyenne de 1 450kWh/m2 et par an. L?énergie produite par un système PV dépend de sa localisation, mais on estime en moyenne, pour un kWc, l?énergie produite sur une année à 1 200 kWh. A titre de comparaison, la consommation moyenne d?un foyer français est de l?ordre de 5 000 kWh. Tracking : dispositif qui permet au panneau de pivoter en fonction du mouvement du soleil. Watt_heure (Wh) : quantité d?énergie consommée ou fournie par un système d?une puissance de 1 Watt pendant une heure. 79 Mot anglais signifiant « trait de scie ». 93 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? ANNEXES 94 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Annexe 1 : Impact du déploiement à l?échelle mondiale d?une capacité cumulée de 12,5 TWc Sur les matières non spécifiques au photovoltaïque Besoins pour 12,5 TWc de capacité PV (en Mt) (1) Production 2014 (en Mt) Besoins du PV à l?horizon 2050 en nombre d?années de production 2014 Acier 900 1661 (3) 0,5 Béton 800 972 (4) 0,8 Verre plat 630 61 (2) 10,3 Aluminium 100 54 (5) 2 Cuivre 60 18 (6) 3 Sources : (1) D?après « Pathways for solar photovoltaïcs », Joël Jean, Patrick R. Brown, Robert L. Jaffe, Tonio Buonassisi, Vladimir Bulovic dans Energy and Environemntal Science, 2015 ; (2) Données reconstituées sur la base de l?article sus-cité ; (3) Worldsteel association; (4) Intermat filière béton; (5) World Mining data; (6) ICSG. Sur les matières spécifiques au photovoltaïque Besoins pour 12,5 TWc de capacité PV (en mT) (2) Production 2014 (en Mt) Besoins du PV à l?horizon 2050 en nombre d?années de production 2014 technologies cristallines Silicium solaire 20 0,23 (1) 87 Argent 0,3 0,027 (3) 11 technologies CdTe Cadmium 0,4 0,024 (3) 17 Tellure 0,4 0,00045 (3) 900 Sources : (1) BRGM, à dire d?experts ; (2) d?après « Pathways for solar photovoltaïcs », Joël Jean, Patrick R. Brown, Robert L. Jaffe, Tonio Buonassisi, Vladimir Bulovic dans Energy and Environemntal Science, 2015 ; (3) World Mining data. 95 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Annexe 2 : Matrice des impacts économiques, géopolitiques, environnementaux et sociaux associés aux principales ressources mobilisées par chacune des trois technologies PV (source BRGM) Technologies PV mono et multicristallines Etape de la chaine de valeur concernée Usage pour la techno / utilisation globale (%) Risques associés/points de vigilance Technico-économiques Géopolitiques Re ss ou rc es Ag (minerai) Extraction 8 % de la consommation mondiale en Ag est destinée au PV [28] Faible *** [28] : - produit à 70 % comme sous-produit du plomb, zinc, cuivre et or et 30 % comme substance principale - gisements de nature et de taille variés - réserves importantes, évaluées à 560 kt en 2018 [29] Faible *** [28] : - nombreux producteurs miniers bien répartis géographiquement, dont Mexique (21 %), Pérou (17 %), Chine (13 %) Ag (métal - 99,9 %) Transformation 14 % de la consommation industrielle mondiale en Ag est destinée au PV [29] Faible *** [28] : - procédé métallurgique classique (raffinage au chlore ou électrolyse) - nécessite des matières premières : minerais d'argent, cuivre, plomb, zinc, ou or Faible *** [28] : - production métallurgique plus concentrée que la production minière mais également bien répartie SiO2 Extraction < 1 % [2] Moyen *** [3] : - ressource très abondante mais la production de Si-MG requiert une certaine qualité de quartz (quartzite, grès, galets de silex) Faible *** [3] : - local MG-Si (99,8 % Si) Transformation 18 % du MG-Si mondial est destiné aux applications PV [3] Moyen ** : - procédé métallurgique classique (four à arc) - nécessite des matières premières : quartz, copeaux de bois, houille, coke de pétrole, charbon, électrodes Moyen ** [5] : - domination de la Chine (surcapacités, maîtrise des prix) SoG-Si (99,9999 % Si) Transformation > 99 % du silicium de qualité solaire 6N est destiné aux applications PV Fort ** : - procédé SIEMENS très complexe et très capitalistique (investissement initial élevé) - alternatives possibles (Elkem, REC silicon) Fort *** : - seuls quelques acteurs dans le monde (GCL, OCI, Wacker, Dow Corning, Shin-etsu, REC silicon), la plupart en Asie Ch aî ne d e va le ur Lingots Transformation Moyen ** : - besoin de creusets en quartz à usage unique Moyen ** : - possible en France (avec des creusets importés de Chine) mais réalisé principalement en Asie - importantes surcapacités de production, notamment des acteurs chinois Wafers Transformation Moyen *** : - fortes pertes en matières lors de la découpe (40 %) Moyen *** : - produit principalement en Asie - importantes surcapacités de production, notamment des acteurs chinois Cellules Intégration Faible ** : - procédé de haute technicité bien maitrisé Fort *** : - forte domination asiatique Panneaux Intégration Faible ** : - besoin de composants spéciaux non critiques (ex : colle siliconée) Faible *** : - assemblage en France Fermes Utilisation Faible * : - bonne disponibilité des terrains et faible coût Faible ** : - local 96 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologies PV mono et multicristallines Etape de la chaine de valeur concernée Risques associés/points de vigilance Références Commentaires Fiche de criticité existante Environnementaux Sociaux Re ss ou rc es Ag (minerai) Extraction Fort ** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - impacts dus à l'exploitation variés, selon la nature du gisement, la méthode employée et la localisation [5] - enjeux variables selon la nature du gisement, la localisation et la méthode d'exploitation - grèves notamment en Amérique centrale et du Sud - mines artisanales : oui [28][29] [4][5] La production secondaire mondiale représente environ 15 % de la consommation mondiale EOL-RR : 30-50 % RC : 20-32 % [28] Oui [29] Ag (métal - 99,9 %) Transformation Moyen ** [5] : - procédé énergivore - utilisation fréquente de produits chimiques toxiques comme le chlore - émissions de GES variables selon la zone de production - conditions de travail pouvant être difficiles (chaleur, fatigue, risque d'accident, etc.) - mais bonnes conditions de sécurité car relève de la chimie de pointe [28][29] [5] SiO2 Extraction Moyen ** : - utilisation des sols et emploi de réactifs [4] - perturbation des milieux aquatiques (surtout si gisement alluvionnaire) [5] - pas d'enjeu particulier sur la consommation en eau - absence de toxicité sur la ressource SiO2 - consommation énergétique de 0,2 kWh/kg de SiO2 [25] - impacts conventionnels d'une carrière - mines artisanales : non [1][2][3][4] [7][8][9][25] Panorama disponible sur la silice industrielle et sur les filières d'approvisionnement pour le silicium métal français MG-Si (99,8 % Si) Transformation Moyen *** : - émissions de CO2, NOx, SOx, composés organiques volatils, PM10 [6] - toxicité limitée du Si - procédé énergivore : environ 30 kWh/kg de MG-Si [25] - émissions de GES et de particules (mix électrique chinois) - conditions de travail pouvant être difficiles (chaleur, fatigue, risque d'accident, etc.) [3][4][5][6] [7][8][9][25] Oui [3] SoG-Si (99,9999 % Si) Transformation Moyen ** : - procédé très énergivore : environ 100 kWh/kg poly-Si [25]consommation d'électricité de 55 kWh/kg pour le procédé SIEMENS [23] - fortes émissions de GES et de particules (mix électrique chinois) - utilisation de nombreux acides et produits toxiques - toxicité limitée du Si - bonnes conditions de sécurité car relève de la chimie de pointe [7][8][9] [23][25] Ch aî ne d e va le ur Lingots Transformation Moyen ** : - contribution de la phase "lingots" pour environ 30 % du total cycle de vie sur plusieurs catégories d'impact : émissions de GES, consommation d'eau, dégradation des écosystèmes [23] - procédé énergivore - fortes émissions de GES et de particules (mix électrique chinois) [7][8] Wafers Transformation Faible * : - a priori pas d'enjeu particulier [7] Cellules Intégration Faible * : - utilisation de substances toxiques (à faible dose) dans les procédés de fabrication des cellules [23] [7][22][23] Panneaux Intégration Moyen * : - émissions de GES sur l'ensemble du cycle de vie des technos multi-Si : 23 à 44 [12] ou 44 [22] g CO2eq/kWh - émissions de GES sur l'ensemble du cycle de vie des technos mono-Si : 29 à 45 [12] ou 65 [22] g CO2eq/kWh [7][12][22] [29] l'Ag représente environ 15 % du coût de revient des panneaux PV [29] Fermes Utilisation Moyen ** : - affectation des sols selon utilisation (en toiture ou au sol) - impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) - acceptabilité sociale [7][23] 97 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie PV des couches minces Etape de la chaine de valeur concernée Usage pour la techno / utilisation globale (%) Risques associés/points de vigilance Technico-économiques Géopolitiques Re ss ou rc es Cd (sous-produit du Zn) Extraction 1 à 2 % du Cd mondial est utilisé pour l'usage PV (80 % pour les batteries NiCd) ** [13] Faible *** [10] : - Cd essentiellement sous-produit de la métallurgie du Zn par hydro ou pyrométallurgie (faible proportion des producteurs de Zn concernés) - en moyenne 3 kg Cd/t Zn (d?après les données USGS la production serait ainsi de 26 kt sur un potentiel de 39 kt) - réserves mondiales Cd : 500 kt estimées à partir de celles de Zn sur la base d?un rapport de 1 pour 200 à 400. Faible *** [10] : - faible concentration des producteurs de Cd mondiaux : Chine (30 %), Corée du sud (19 %) et Japon (8 %) Cd (99,99 %) Transformation Faible * : - aucun a priori [5] Faible *** [10] : - faible concentration des producteurs de Cd mondiaux : Chine (30 %), Corée du sud (19 %) et Japon (8 %) Cd (99,999 %) Transformation Moyen ** [10][14] : - production hautement spécialisée et réservée a quelques acteurs Moyen ** [10][14] : - forte valeur ajoutée, petit nombre d'acteurs (Chine, États-Unis, Canada, Corée) Te (sous-produit du Cu à 90 %) Extraction 40 % du Te mondial est destiné aux applications PV *** [21] Fort *** [21] : - environ 0,065 kg de Te récupérable par tonne de Cu - séquence de traitement longue demandant une chimie de pointe [20] - il existe néanmoins un potentiel important de récupération du Te lors de la pyrométallurgie du cuivre Moyen *** [21] : - la Chine produit plus de 60% du Te Ch aî ne d e va le ur Cristaux ou poudres CdTe de haute pureté Transformation Principalement pour panneaux PV CdTe ** (% inconnu). Autres usages minoritaires (Imagerie médicale) Moyen ** : - forte valeur ajoutée, petit nombre d'acteurs (Chine, États-Unis, Canada, Corée) Thinfilm CdTe Transformation Moyen *** : - 2 acteurs mondiaux principaux intégrés : First Solar (US) et Calyxo (All.) Panneaux Intégration Fermes PV Utilisation Faible * : - bonne disponibilité des terrains et faible coût Faible ** : - local 98 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie PV des couches minces Etape de la chaine de valeur concernée Risques associés/points de vigilance Références Fiche de criticité existante Environnementaux Sociaux Re ss ou rc es Cd (sous-produit du Zn) Extraction Fort *** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - importante consommation d'énergie [4] - forte toxicité du cadmium Cependant les risques sont ceux associés aux processus métallurgiques (intégrés) soumis à un certain nombre de normes (leur respect dépend du producteur et de la zone de production) - les enjeux sont ceux de l'industrie métallurgique associée (dépend du producteur et de la zone de production) - mine artisanale : non - forte toxicité du Cd [10][4] à paraître Cd (99,99 %) Transformation Moyen ** : - en Chine, les zones de production sont hautement polluées au Cd [13] - sécurité des travailleurs dans ces zones [5][10][13] Cd (99,999 %) Transformation Moyen * : - peu de données, secteur spécialisé et très confidentiel - émissions atmosphériques de Cd au cours de la purification du Cd : 12 mg Cd/kg Cd produit [26] - conditions de travail peu connues car secteur spécialisé et très confidentiel [10][14][26] Te (sous-produit du Cu à 90 %) Extraction Moyen ** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - pas d'enjeu particulier sur la consommation d'énergie [4] - risque de compétition sur les usages de l'eau [4] - les tellurites solubles sont toxiques pour la santé alors que le tellure et les tellurures stables sont relativement inertes [20] - a priori pas d'enjeux particuliers compte tenu des faibles quantités de tellure produites - mine artisanale : non [20][21][4] Oui Ch aî ne d e va le ur Cristaux ou poudres CdTe de haute pureté Transformation Moyen ** : - CdTe hautement toxique par ingestion, inhalation ou si incorrectement manipulé [11] (l'exposition dépend des conditions de travail) - forte écotoxocité du CdTe sur les milieux aquatiques [9] - le CdTe serait moins toxique que le Cd élémentaire * [12] [9][10][11] [12][14] Thinfilm CdTe Transformation Moyen *** : - le principal enjeu environnemental est la présence inévitable de Cd lors de la production et du traitement du CdTe [11]. Sa toxicité a d'ailleurs conduit à en limiter voire interdire l'usage dans de nombreux secteurs (voir directive RoHs). [11][12][23] [11][12][23] Panneaux Intégration Moyen * [12][26] données de consommation et d'émissions sur l'ensemble du cycle de vie d'un panneau CdTe, d'après First Solar : - émissions de GES : 14 à 35 g CO2eq/kWh - émissions atmosphériques de Cd : de 1,3 mg Cd/m² - consommation d'eau : 385 à 425 l/MWh [12][26] Fermes PV Utilisation Moyen ** : - affectation des sols selon utilisation (en toiture ou au sol) - à puissance installée égale, l'emprise au sol des panneaux CdTe est supérieure à celle des panneaux Si - impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) -acceptabilité sociale [7][23] 99 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie PV pérovskite Etape de la chaine de valeur concernée Usage pour la techno / utilisation globale (%) Risques associés/points de vigilance Références Fiche de criticité existante Technico- économiques Géopolitiques Environnementaux Sociaux Re ss ou rc es Pb Extraction < 1 % La production mondiale de plomb est de l'ordre de 4,5 Mt Faible *** [15] : - nombreuses typologies de gisements et types d'exploitations - alerte relative sur des réserves mondiales en baisse (~20 ans de temps d'épuisement théorique) - exploité comme produit principal ou sous-produit Faible *** [15] : - si la Chine produit 50 % de la production primaire, de nombreux pays produisent entre 100 et 500 kt/an Fort *** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - enjeux modérés sur l'eau - émissions de GES variables selon la zone de production - forte toxicité du plomb [17] - les enjeux sont ceux de l'industrie métallurgique associée (dépend du producteur et de la zone de production) - mine artisanale : non - forte toxicité du Pb, cependant les risques sont ceux associés essentiellement aux processus métallurgiques soumis à un certain nombre de normes (leur respect dépend du producteur et de la zone de production) [15][17][4] non Ch ai ne d e va le ur Thinfilm à base d'halogénure de Pb Transformation Faible*** [18] : - encore au stade de la R&D - des substituts moins toxiques sont déjà à l'étude (étain, bismuth) Faible* [18] : - à ce stade de développement, surtout des compétitions entre laboratoires internationaux Faible ** [16] : - peu de données - certaines études d'ACV indiquent des impacts moindres que certains substituts (étain) - Sn, qui pourrait être un substitut moins toxique que le plomb, fait partie des métaux de conflit (3 TG) [16][18] Cellules Intégration Moyen ** [23] : - en tandem sur Silicium : impacts similaires aux cellules Si + impact dû au Pb - pérovskites seules : process peu énergivore (procédés de fabrication à température relativement basse) [23] Modules Intégration - environ 50-70 µg Pb/cm² (environ 1/3 de plomb dans une couche de pérovskite) [23] Moyen ** [27] : - émissions de GES sur le cycle de vie d'un module pérovskite : 30 g CO2eq/kWh (simulation d'après une étude à l'échelle pré-industrielle) - courte durée de vie des pérovskites [23][27] 100 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Liste des références N° Référence Lien [1] Colin S., 2017, Les différentes sources d?approvisionnement de la filière française du silicium métal : états des lieux et perspectives, BRGM/RP-66749-FR [2] Marteau P., 2016, Mémento sur le silice industrielle, BRGM/RP-66167-FR http://www.mineralinfo.fr/sites/default/files/upload/documents/Mementos_RMI/rp-66167-fr_final.pdf [3] Fiche de criticité silicium, BRGM, 2019 http://www.mineralinfo.fr/sites/default/files/upload/documents/Fiches_criticite/fichecriticitesiliciummetal- publique20190729.pdf [4] Manhart A. et al., 2019, The environmental criticality of primary raw materials - A new methodology to assess global environmental hazard potentials of minerals and metals from mining, Mineral Economics (2019) 32:91-107 https://doi.org/10.1007/s13563-018-0160-0 [5] Dire d'expert Expertise BRGM [6] Arrêté préfectoral de l?Isère, 22 juillet 2018 http://www.isere.gouv.fr/content/download/37829/272602/file/APC%20N%C2%B0DDPP-IC-2018-07- 22%20du%20230718%20FERROPEM%20%C3%A0%20LIVET-ET-GAVET.pdf [7] Entretiens avec exploitants lors du GT PV Résumé CGDD- ministère de la Transition écologique [8] Dire d'exploitant, FerroPem et Sil'Tronix [9] ECHA 2019 [10] L'elementarium-fiche cadmium.2018 https://www.lelementarium.fr/element-fiche/cadmium/ [11] U.S. National Institutes of Health.2003 https://www.reade.com/products/cadmium-telluride-powder-crystal-cdte [12] 2013, Environmental, Health and Safety Assessment of First Solar CdTe technology, Fundación Chile & CENER (2013) http://www.firstsolar.com/-/media/First-Solar/Sustainability-Documents/Sustainability-Peer-Reviews/Chile-Peer- Review---Cener_EN.ashx [13] Metalpedia - cadmium http://metalpedia.asianmetal.com/metal/cadmium/resources&production.shtml [14] Société 5N Plus https://www.5nplus.com/fr/tellurure-de-cadmium.html [15] USGS Mineral Commodities Summaries 2019 https://www.usgs.gov/centers/nmic/mineral-commodity-summaries [16] Serrano-Lujan L. et al. , Advanced Energy Materials, vol.5 Issue 20.Tin- and Lead-Based Perovskite Solar Cells under Scrutiny: An Environmental Perspective https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201501119 [17] Abate A.(2017), Perovskite Solar Cells Go Lead Free, Joule, vol 1, Issue 4 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435117300806#bib1 [18] Weijun Ke & Mercouri G. 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Annexe 3 : Les structures de coût du PV Dans son rapport intitulé « Filière Photovoltaïque Française : Bilan, Perspectives et Stratégie » de septembre 2015, l?Ademe a procédé une analyse de filière permettant de ventiler la valeur du marché PV entre consommations intermédiaires, spécifiques ou non, valeur ajoutée et importations. Après plusieurs décompositions successives, on obtient une décomposition de la valeur du marché français en importations, consommations intermédiaires non spécifiques et valeur ajoutée. Dans un domaine où les évolutions sont très rapides, ces chiffres datent un peu. Cependant, les grandes tendances n?ont pas changé. Les consommations intermédiaires sont les valeurs des biens et services transformés ou entièrement consommés au cours du processus de production. Les consommations intermédiaires spécifiques sont celles qui n?existent que dans la filière PV. Par exemple, la production de modules a comme consommation intermédiaire spécifique les cellules et wafers. Les consommations intermédiaires non spécifiques sont celles qui sont communes aux autres entreprises, hors de la filière PV. L?intérêt de distinguer les consommations intermédiaires spécifiques est d?appliquer des taux d?importations et des ratios d?emplois adaptés à la filière PV Le premier graphique présente une décomposition de la valeur du marché de la production d?installations « clés en mains » (de la fabrication des modules jusqu?à l?installation en intégrant les éléments de structures, les équipements électriques, les études, le raccordement, etc.). Le second graphique présente la décomposition de la production de la maintenance et enfin le troisième graphique présente la décomposition de la production des équipementiers. Figure 20 : décomposition de la valeur du marché 2014 de la production d?installations « clés en mai » Figure 21 : décomposition de la production de la maintenance en 2014 Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 102 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 22 : décomposition de la production des équipementiers en 2014 Le graphique suivant est particulièrement intéressant car grâce au ratio valeur ajoutée/ production, il permet de détecter les segments sur lesquels le plus de richesses sont créées. Figure 23 : ratios valeur ajoutée / production pour l?ensemble des activités de la chaîne de valeur en 2014 Note de lecture : en France, la valeur ajoutée liée à la production de modules ne représente que 12 % de la valeur de cette production. C?est le segment qui crée le moins de richesses : il s?agit essentiellement d?une activité d?assemblage de cellules fabriquées à l?étranger. Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 103 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le diagramme suivant représente une décomposition de la valeur ajoutée de la filière PV selon les segments de la chaîne de valeur. Figure 24 : décomposition de la valeur ajoutée de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Une décomposition des emplois selon les segments de la chaîne de valeur de la filière PV a également été réalisée. Cette décomposition distingue les emplois directs, indirects et induits. Figure 25 : décomposition des emplois directs de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 104 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 26 : décomposition des emplois indirects de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Figure 27 : décomposition des emplois induits de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 105 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Les effets et emplois directs se rapportent aux activités de production « directes », c?est-à-dire celles qui concernent des produits spécifiques à la filière PV. Il s?agit par exemple de la fabrication de modules, onduleurs, etc. Les effets et emplois indirects concernent les activités de la production « indirectes », c?est-à- dire celles qui concernent la fabrication de produits nécessaires à la fabrication des produits directs. Ces activités de production ne sont pas spécifiques à la filière PV. Les effets et emplois induits concernant les activités « induites », c?est-à-dire celles qui relèvent des interactions de la filière avec le reste de l?économie : effet d?entrainement par la dépense de consommation, les revenus supplémentaires générés (ou la perte de revenus), etc. Le tableau ci-après présente un récapitulatif de l?ensemble des emplois générés par la filière PV. En 2014, on estime ce nombre à environ 16 500 emplois. Figure 28 : évaluation des emplois directs, indirects et induits en 2014 selon la situation dans la chaîne de valeur Source : Ademe, modèle in Numeri 106 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Annexe 4 : Hypothèses de calcul pour les émissions évitées en cas de relocalisation de la production chinoise en Europe Tableau 14 : hypothèses générales de calcul Hypothèses générales Module 1,6 m2 60 cellules Rendement monocristallin 19,7 % (source : CRE) Rendement multicristallin 17,6 % (source : CRE) Rendement CdTe 16,6 % (source : CRE) Conditions standard de test 1000 W/m2 Capacités installées d'ici 2030 en France 36 GWc Capacités installées d'ici 2030 en Europe 200 GWc Cas 1 : Part du parc installé en France relocalisé en Europe 50 % Cas 2 : Part du parc installé en Europe relocalisé en Europe 30 % Tableau 15 : hypothèses sur le contenu en matière d?un panneau de 60 cellules et 1,6 m2 Matériaux/composant Quantité contenue dans un module (pertes et casses négligées) Quantité nécessaire à la fabrication d'un module Toute technologie EVA (kg) 1,422 1,436 PET (kg) 0,408 0,424 Verre (kg) 13,280 13,413 Trempe (kg) 13,280 13,413 Module (m2) 1,6 1,6 Cellules (nombre) 60 61,200 Wafers (nbre) 60 63,648 Multicristallin Lingot (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,115 Polysilicium (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,126 Lingot (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,558 Polysilicium (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,563 Monocristallin Lingot (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,083 Polysilicium (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,126 Lingot (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,542 Polysilicium (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,563 107 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Tableau 16 : facteurs d?émissions Matériaux/composant Facteurs émissions France Facteurs émissions Allemagne Facteurs émissions Chine Toute technologie EVA (kgCO2eq/kg) 2,6 2,8 2,9 PET (kgCO2eq/kg)) 2,6 2,7 2,8 Verre(kgCO2eq/kg) 1,0 1,1 1,2 Trempe (kgCO2eq/kg) 0,2 0,2 0,2 Multicristallin Module (kgCO2eq/m2) 7,4 9,6 11,4 Cellules (kgCO2eq/nombre) 0,2 0,4 0,6 Wafers (kgCO2eq/nbre) 0,3 0,6 0,9 Lingot (kgCO2eq/kg) 1,7 10,8 18,3 Polysilicium kgCO2eq/(kg) 23,1 87,7 141,0 Monocristallin Module (kgCO2eq/m2) 7,4 9,6 11,4 Cellules (kgCO2eq/nombre) 0,1 0,4 0,5 Wafers (kgCO2eq/nbre) 0,4 0,8 1,1 Lingot (kgCO2eq/kg) 7,3 10,8 80,3 Polysilicium kgCO2eq/(kg) 23,1 87,7 141,0 CdTe Module (kgCO2eq/m2) 8,5 24,9 39,4 Source : cahier des charges des appels d?offres du ministère de la transition écologique 108 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? TABLE DES MATIÈRES RAPPEL DU CONTEXTE ............................................................................................................ 7 SYNTHÈSE .................................................................................................................................. 8 INTRODUCTION ...................................................................................................................... 13 I. De l'effet photoélectrique aux centrales PV : des composants multiples aux propriétés plus ou moins spécifiques .................................................................................................................................. 15 A. L?effet photoélectrique ou comment convertir l?énergie lumineuse en énergie électrique ........... 16 B. De la cellule à la centrale photovoltaïque ................................................................................................. 17 1. La cellule .......................................................................................................................................................... 17 2. Le module ........................................................................................................................................................ 17 3. Le mode d?installation de la centrale ........................................................................................................ 18 4. L?onduleur et les différents composants électriques ............................................................................. 18 II. Le développement attendu de l?énergie photovoltaïque, indispensable à la transition bas carbone, aura des conséquences importantes sur la demande en ressources minérales............. 19 A. Un développement très rapide du photovoltaïque depuis la fin des années 2000 mais toujours une faible part dans le mix électrique mondial ............................................................. 20 B. Une énergie de plus en plus compétitive amenée à jouer un rôle important dans la transition bas carbone .................................................................................................................... 20 C. En France, le marché du photovoltaïque suit globalement les mêmes tendances ........................... 21 D. Conclusion ....................................................................................................................................................... 21 III. Analyse du secteur du PV : choix des technologies à retenir et identification des matières clés associées .............................................................................................................................. 23 A. Malgré un foisonnement d?innovations, les technologies des cellules cristallines resteront dominantes sur le marché d?ici 2030 ....................................................................................... 24 1. Deux grandes familles de cellules PV se partagent le marché : les cellules au silicium cristallin et les cellules couches minces ............................................................................... 24 (A) Les cellules au silicium cristallin : de plus en plus performantes, de plus en plus sophistiquées ...................................................................................................................................................... 24 (B) Des cellules couches minces moins consommatrices de matières ....................................................................................... 25 2. L?imposante domination des technologies au silicium au niveau mondial se retrouve au niveau français, avec quelques nuances toutefois ..................................................... 25 (A) Une imposante domination des technologies cristallines, avec une montée progressive du monocristallin aux dépens du multicristallin ................................................................................................. 25 (B) Les cellules couches minces, dominées par le tellurure de cadmium, restent très minoritaires au niveau mondial, mais pas en France ......................................................................................... 27 3. Le silicium va continuer à dominer le marché car l?émergence industrielle d?une technologie de rupture n?est pas envisagée avant 2030 ........................................................... 28 B. Le PV mobilise une grande variété de matières, mais seul un petit nombre d?entre elles est spécifique à chaque technologie .................................................................................. 31 1. Une grande diversité de matières dans les modules ... .......................................................................... 31 2. ? dont il est difficile de donner une composition moyenne car les évolutions sont rapides ....... 31 3. Les performances et la composition matières des autres éléments d?une centrale PV évoluent aussi rapidement ......................................................................................................................... 34 (A) L?onduleur : un organe électrique indispensable, de plus en plus sophistiqué ................................................................... 34 (B) Une connectique gourmande en cuivre .................................................................................................................................... 35 (C) Des éléments de structure des systèmes PV ............................................................................................................................ 35 4. Les matériaux clés du photovoltaïque - récapitulatif ........................................................................... 36 109 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? IV. Dans la décennie à venir, les enjeux « ressources » du PV seront principalement déterminés par les technologies cristallines et leur évolution .................................................................. 39 A. Impact de la croissance du PV sur les ressources minérales ................................................................. 41 1. Une augmentation de la consommation de ciment et de métaux de base, a fortiori si les installations aux sols sont dominantes ........................................................................... 41 2. L?impact du PV sur la demande en acier et en béton est faible, même si ce sont les matériaux que le PV utilise en plus grandes quantités..................................................................... 41 3. L?impact du PV sur la demande en aluminium et en cuivre est significatif ......................................... 42 4. L?impact du PV sur la demande en verre plat pourrait être important ............................................ 42 5. Parmi les matières spécifiques au PV, l?impact serait particulièrement marqué pour l?argent et le tellure ............................................................................................................................ 42 B. Analyse de la chaîne de valeur des 3 technologies PV considérées .................................................... 44 1. Les technologies cristallines ....................................................................................................................... 44 (A) Les principales étapes de la production des modules cristallins .......................................................................................... 44 (B) Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur des modules cristallins ................................................................. 45 (C) La place des acteurs industriels français ................................................................................................................................... 46 (D) La chaîne de valeur de la pâte d?argent pour les cellules cristallines ................................................................................... 46 2. Les modules CdTe ........................................................................................................................................ 49 (A) Les principales étapes de la production des modules CdTe ................................................................................................. 49 (B) Analyse de la chaîne de valeur des modules couches minces CdTe .................................................................................... 49 (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur ...................................................................................................... 49 3. Analyse de la chaîne de valeur des modules tandem-pérovskites ...................................................... 51 (A) Les principales étapes de la production ..................................................................................................................................... 51 (B) Chaîne de valeur des modules tandem-pérovskite .................................................................................................................. 51 (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur ....................................................................................................... 51 C. Les risques économiques ............................................................................................................................. 52 1. L'argent, le silicium solaire et le tellure présentent les risques économiques les plus importants ....................................................................................................................................... 52 2. Le déploiement du PV renforce la dépendance extérieure de l?Europe et de la France et la vulnérabilité des acteurs industriels .................................................................... 53 3. Un tissu de laboratoire européen dynamique et de renommée mondiale, mais jusqu?à quand ? .................................................................................................................................... 53 4. Un risque d?approvisionnement accru pour le marché des modules bas carbone français ......... 53 D. Les risques environnementaux, sanitaires et sociaux associés aux 3 technologies PV étudiées ... 55 1. Les modules cristallins : des impacts environnementaux dominés par les émissions de gaz à effet de serre et d?autres polluants atmosphériques (Nox, SO2, PM10, COV) ................... 55 2. La filière PV cristallin a une marge de manoeuvre importante pour réduire les impacts environnementaux liés à la fabrication du polysilicium .................................................. 55 3. Les impacts environnementaux des matières minérales mobilisées par les modules CdTe sont fortement liés à la toxicité du cadmium ....................................................... 56 4. Moins de gaz à effet de serre et moins de polluants de l?air pour les modules CdTe .................... 56 5. Un meilleur bilan environnemental pour les cellules pérovskites ?.................................................... 56 6. Un bilan environnemental plus lourd pour les centrales aux sols que pour les installations sur toitures ........................................................................................................................ 57 7. Le recyclage des panneaux en fin de vie, une voie à approfondir pour diminuer les impacts environnementaux du PV ...................................................................................................... 59 V. Quelle place pour les acteurs français et européens sur le marché du photovoltaïque ? .................. 63 A. S?assurer d?un approvisionnement responsable en ressources minérales de la filière PV en favorisant une production nationale responsable de ressources primaires et secondaires .......... 65 B. Hormis sur le segment des équipementiers, les acteurs du PV français investissent essentiellement sur des activités non industrielles, riches en emplois non délocalisables ............ 67 1. La croissance soutenue du marché PV au niveau mondial offre de réelles opportunités aux équipementiers français, notamment à l?export ................................................... 67 2. Les autres acteurs français du PV se concentrent sur l?aval de la chaîne de valeur ....................... 68 110 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. Alors que la France dispose encore d?importantes capacités de recherche, son tissu industriel dans le secteur PV est de plus en plus fragile ....................................................... 69 1. Les acteurs industriels français sont principalement positionnés sur le segment peu capitalistique de la fabrication des modules ............................................................. 69 2. Une capacité de recherche encore affirmée, mais vulnérable ........................................................... 70 D. La production de panneaux bas carbone : une opportunité pour structurer un secteur industriel français et européen du PV dans le cadre d?une démarche plus globale d?écoconception ..................................................................................................................... 72 1. Une fabrication de polysilicium sur le sol français avantageuse sur le plan environnemental, mais incertaine sur le plan économique ................................................................. 72 2. La relocalisation de la fabrication des panneaux, du lingot au module, paraît moins risquée sur le plan financier mais ne sera possible qu?avec un réel soutien public et politique .. 74 3. Le recyclage à haute valeur ajoutée des panneaux en fin de vie : une opportunité industrielle et environnementale majeure .............................................................................................. 77 E. Des opportunités non négligeables pour certains marchés « de niche » .......................................... 79 1. Le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) ....................................................................................... 79 2. Le VIPV: «Vehicle integrated PV» .............................................................................................................. 79 3. Les modules légers et nomades pour le domaine militaire et pour le tourisme .............................. 80 4. Les « route solaires » .................................................................................................................................... 80 5. Le PV flottant avec modules dédiés ......................................................................................................... 80 VI. Recommandations ............................................................................................................................................... 81 A. Mieux gérer les approvisionnements ......................................................................................................... 82 B. Développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés .............................................................................................. 84 1. Faire de l?écoconception un axe de différenciation vertueuse des produits « made in France / Europe » ....................................................................................................................... 84 2. Trouver et diffuser des solutions industrielles pour un recyclage performant des panneaux photovoltaïques en fin d?usage ....................................................................................... 85 3. Évaluer la pertinence de développer et diffuser des solutions innovantes de recyclage des déchets industriels (kerf et liquide de découpe) ........................................................................... 85 4. Assurer la traçabilité des métaux lourds présents en quantité significative dans les panneaux photovoltaïques en fin de vie ........................................................................................... 85 5. Identifier les leviers d?actions pertinents pour lutter contre le renouvellement anticipé des panneaux photovoltaïques ................................................................................................................. 86 6. Anticiper les besoins en foncier liés au déploiement du photovoltaïque pour mieux en maîtriser les impacts .............................................................................................................................. 87 C. Garantir le déploiement, sur le sol français, de technologies PV de haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques .......................... 88 D. Favoriser le développement industriel en France/Europe d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone ................................................................... 89 GLOSSAIRE ................................................................................................................................................................. 92 ANNEXES .................................................................................................................................................................... 93 Annexe 1 : Impact du déploiement à l?échelle mondiale d?une capacité cumulée de 12,5 TWc ....... 94 Annexe 2 : Matrice des impacts économiques, géopolitiques, environnementaux et sociaux associés aux principales ressources mobilisées par chacune des trois technologies PV (source BRGM) ....................................................................................................................... 95 Annexe 3 : Les structures de coût du PV ....................................................................................................... 101 Annexe 4 : Hypothèses de calcul pour les émissions évitées en cas de relocalisation de la production chinoise en Europe ...................................................................................................................... 106 111 Commissariat général au développement durable Service de l?économie verte et solidaire Sous-direction de l?économie et de l?évaluation Tour Séquoia - 92055 La Défense cedex Courriel : diffusion.cgdd@developpement-durable.gouv.fr www.ecologie.gouv.fr https://www.ecologie.gouv.fr/ http://www.ecologie.gouv.fr/ (A) Les cellules au silicium cristallin : de plus en plus performantes, de plus en plus sophistiquées (B) Des cellules couches minces moins consommatrices de matières (A) Une imposante domination des technologies cristallines, avec une montée progressive du monocristallin aux dépens du multicristallin (B) Les cellules couches minces, dominées par le tellurure de cadmium, restent très minoritaires au niveau mondial, mais pas en France (A) L?onduleur : un organe électrique indispensable, de plus en plus sophistiqué (B) Une connectique gourmande en cuivre (C) Des éléments de structure des systèmes PV (A) Les principales étapes de la production des modules cristallins (B) Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur des modules cristallins (C) La place des acteurs industriels français (D) La chaîne de valeur de la pâte d?argent pour les cellules cristallines (A) Les principales étapes de la production des modules CdTe (B) Analyse de la chaîne de valeur des modules couches minces CdTe (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur (A) Les principales étapes de la production (B) Chaîne de valeur des modules tandem-pérovskite (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur << /ASCII85EncodePages false /AllowTransparency false /AutoPositionEPSFiles true /AutoRotatePages /None 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Le lingot est ensuite découpé en fines lamelles (plaquettes ou wafers) dont l?épaisseur varie de 100 à 200 microns. Cette découpe génère une importante émission de poussières de polysilicium, le kerf. Non recyclé, il représente entre 30 et 50 % de pertes de polysilicium dans la production des modules cristallins. Des solutions de recyclage sont cependant en cours de développement en Europe et certaines seraient d?ores et déjà mises en oeuvre en Chine36. La fabrication des cellules photovoltaïques : pour produire la cellule photovoltaïque, les wafers ou plaquettes subissent différentes transformations : décapage, texturation de la surface pour améliorer la collecte des photons, ajout de dopants, dépôt d?une couche anti-reflet à l?avant de la plaque, dépôts de métaux (aluminium, cuivre, argent) pour assurer les contacts électriques. Le dépôt de ces métaux (dont l?argent reste aujourd?hui un composant essentiel) est historiquement réalisé, à l?échelle industrielle, grâce au procédé de sérigraphie (la pâte métallique est imprimée avant d?être recuite à haute température). L?optimisation du procédé de sérigraphie est indispensable pour limiter la masse d?argent imprimée (la quantité d?argent déposée régit le coût final des cellules) tout en veillant à maximiser le rendement des cellules. L?existence de nombreuses variantes pour chacune de ces étapes et leur multiplication conduisent à une diversité de types de cellules : chaque fabricant développe sa propre chaîne de production et mobilise de plus en plus de matières, souvent en petites quantités, plus difficiles à recycler. L?assemblage des modules : les cellules sont ensuite raccordées en chaînes, interconnectées entre elles puis encapsulées (modules). Il s?agit de protéger les cellules du milieu extérieur, de limiter les pertes optiques et les baisses de rendement dues à l?échauffement des cellules en fonctionnement. L?assemblage est un processus totalement automatisé. L?intégration des modules dans les systèmes photovoltaïques : les modules sont couplés à des équipements complémentaires (batteries, onduleurs, disjoncteurs, câbles...) pour qu?ils puissent produire de l?électricité et être raccordés au réseau si nécessaire. 36 Source : entretien avec le SER. 45 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La gestion de la fin de vie des panneaux photovoltaïques : une fois usagés (la durée de vie des panneaux est de 20 à 30 ans), les panneaux sont démantelés (cadre en aluminium, boîtiers de raccordement et câbles de connexion retirés) puis traités mécaniquement par broyage et triés par matériau (dans une unité industrielle située en France). Malgré le taux de recyclage élevé (de l?ordre de 95%), les fractions sortantes de ces étapes n?ont pas une pureté suffisante pour permettre un recyclage de haute valeur ajoutée. Le verre, qui représente en masse la part la plus importante des modules est valorisé en sous-couche routière. La figure 13 schématise les segments de la chaîne de production décrits ci-dessus. Elle synthétise, pour chaque étape, les principales données économiques et géopolitiques disponibles, et les acteurs français impliqués à chaque étape. Elle recense également les principaux flux de matières et d?énergie susceptibles de se traduire par des impacts environnementaux conséquents. (B) Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur des modules cristallins L?analyse de la chaîne de valeur des modules cristallins fait apparaître les éléments suivants : ? d?importantes surcapacités de production au niveau des étapes « polysilicium », « lingots » et « plaquettes », notamment du côté des acteurs chinois ; ? les acteurs chinois dominent la production des modules PV. Cette domination est très marquée dans la production des plaquettes, des cellules et dans l?assemblage des modules où la Chine représente respectivement 90 %, 79 % et 73 %37 des capacités de production. Les entreprises présentes dans le top 10 à chacune de ces étapes sont principalement asiatiques, et surtout chinoises. Cela est frappant au niveau du segment des modules, étape caractérisée par une concentration moins forte du fait d?effets d?échelle moindres (plus de 1 000 producteurs). La seule entreprise non asiatique du top 10 est positionnée dans les couches minces CdTe ; ? une intensité capitalistique particulièrement élevée des étapes de production de polysilicium et de lingots (étapes souvent intégrées). Ce sont les étapes qui demandent le plus d?investissements par kWc et qui présentent le plus gros potentiel d?économies d?échelle. On estime entre 35 et 100 dollars par kg de capacité de production annuelle le coût des investissements. En sachant que les unités industrielles actuelles sont conçues pour produire de l?ordre de 10 millions de kg par an, le coût des investissements pour une unité se situe entre 350 millions et 1 milliard de dollars ; ? la partie aval de la chaîne (intégration) capte de plus en plus de valeur ajoutée, du fait notamment de la baisse spectaculaire du prix des modules ; ? une intégration verticale de plus en plus marquée. La faiblesse des prix de marché dans les segments amont et intermédiaires de la chaîne de valeur (surcapacités de production) ont conduit les entreprises positionnées sur ces segments à capter la valeur ajoutée de l?aval en absorbant les entreprises qui y sont positionnées ; ? un rôle prédominant des innovations de procédé dans la compétitivité coût des acteurs industriels. 37 Source : CEA-LITEN/DTS (2019). 46 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Segment de la chaîne de valeur Capacité de production mondiale (en kt ou en GWc) ou production Part de la production chinoise (y compris taiwanaise) dans la production mondiale Indice de concentration géographique de la production (IHH)38 Concentration de marché (part des 10 plus grosses entreprises dans la production mondiale) Répartition des entreprises du top 10 (2) Silicium métal (2018) (1) 3 000 kt 68 % IHH = 0,48 ---- ---- Polysilicium (2018) 475 - 578 kt (3) 45 % (4) ---- ---- 7 asiatiques (dont 6 chinoises), 2 européennes, 1 nord-américaine Lingots Forte intégration des étapes polysilicium et lingots Plaquettes ---- 90 % (4) ---- ---- 10 entreprises asiatiques (dont 9 chinoises) Cellules 115 GWc 79 % (4) ---- ---- 10 entreprises asiatiques (dont 7 chinoises) Modules 115 GWc 73 % (4) 70 % (plus de 1 000 producteurs) 9 entreprises asiatiques (dont 8 chinoises) (C) La place des acteurs industriels français Le schéma de synthèse de la chaîne de valeur des modules cristallins montre que des acteurs français sont présents à toutes les étapes de la production des modules cristallins, à l?exception du polysilicium. Ceci peut étonner au regard du mix énergétique peu carboné de la France et de l?intensité de l?activité de R&D dans cette filière. Néanmoins, le nombre et la capacité de production des acteurs français sont faibles, en particulier aux étapes amont (étapes lingots et wafers). Certains d?entre eux sont également en difficulté compte tenu des surcapacités industrielles asiatiques sur des marchés où la compétitivité coût est déterminante. (D) La chaîne de valeur de la pâte d?argent pour les cellules cristallines Les principales étapes techniques de la chaîne de valeur de la pâte d?argent sont les suivantes : La chaîne de valeur de la pâte d?argent commence par la récupération de l?argent dans les minerais. L?argent dans les minerais est souvent associé à d?autres métaux comme le plomb, le zinc, le cuivre ou encore l?or. Ainsi, en 2018, la production provient à 38 % de mines de plomb- zinc, à 23 % de mines de cuivre et à 13 % de mines d?or. 26 % seulement de la production provient de mines extrayant principalement l?argent. L?argent minier aujourd?hui se retrouve ainsi principalement dans les concentrés de plomb et de zinc où il est récupéré lors des opérations métallurgiques de traitement de ces concentrés. Il en est de même pour l?argent contenu dans des minerais sulfurés de cuivre. La poudre d?argent, servant de base à la fabrication de toute pâte d?argent, semble généralement être obtenue à partir de solutions de nitrate d?argent qui peuvent être obtenues à partir de lingots. 38 L?IHH (indice de Herfindahl-Hirschman) est un indice qui mesure la concentration du marché. Plus il est élevé, plus la production est concentrée. Il est calculé en additionnant le carré des parts de marché de toutes les entreprises (ou de tous les pays) du secteur considéré. Tableau 5 : structure de la chaîne de valeur des modules cristallins Source : (1) BRGM ? Fiche de criticité silicium ; (2) Bloomberg New Energy Finance ; (3) JRC ; (4) CEA, Liten/DTS/FB https://fr.wikipedia.org/wiki/Indice https://fr.wikipedia.org/wiki/Concentration_d'un_march%C3%A9 47 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La pâte d?argent, utilisée lors de l?étape de métallisation des cellules cristallines, est une poudre d?argent micrométrique, voire nanométrique, qui contient aussi d?autres composants comme du verre fritté ou de la résine par exemple. Chaque élément de la pâte a sa propre fonction. C?est la combinaison de tous ces éléments qui détermine les performances d?une pâte par rapport à une autre. Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur de la pâte d?argent sont les suivantes : ? la production minière d?argent se caractérise par une forte concentration géographique : près des ? de la production minière d?argent proviennent de sept pays et plus de 50 % de trois pays seulement, à savoir le Mexique, le Pérou et la Chine. Néanmoins, à côté de ces gros pays producteurs existent une multitude de petits pays producteurs ; ? la production secondaire (qui s?est élevée à 4 700 tonnes environ en 201839) satisfait 15 % de la demande finale en argent en 2018. Elle représente ainsi une source d?approvisionnement conséquente du marché. L?Europe est le plus gros producteur de déchets d?argent (la France fait partie des cinq plus gros producteurs mondiaux) ; ? le marché de l?argent se caractérise par des phénomènes de variations de stocks importants du fait de son caractère d?actif financier. Ces variations de stocks dépendent des prix de l?argent sur le marché. Mais ces variations de stocks peuvent également, de par leur importance, avoir un impact sur le prix de l?argent sur les marchés. Elles sont donc à la fois « price taker » et « price maker ». Ces phénomènes peuvent venir renforcer les variations des prix de l?argent sur les marchés mondiaux et donc les prix de la pâte d?argent ; ? une forte domination de l?étape de production de la poudre d?argent par 3 pays : les États- Unis, le Japon et la Chine40. Ceux-ci représentent 99,9 % de la production de poudre d?argent pour le PV ; ? une domination géographique moins marquée pour l?étape de production de la pâte d?argent : celle-ci reste néanmoins dominée par les acteurs asiatiques (Chine, Taiwan, Corée, Singapour)41 et américains (États-Unis). ? des utilisateurs industriels de pâte d?argent pour la production de cellules principalement localisés en Chine, ce qui est cohérent avec la position dominante que ce pays occupe au niveau de la production des cellules PV (figure 12 et tableau 5). 39 Les bijoux, lingots et pièces usagés, constituent une part significative du marché de l?argent secondaire. Leur quantité est très sensible aux variations de prix, contrairement aux déchets collectés par les recycleurs de déchets électroniques par exemple. 40 Source : Institut International de l?Argent, organisme de promotion des industriels du secteur (https://www.silverinstitute.org/silver-solar-technology/) 41 Source: GFMS ? World Silver Survey 2019). Figure 12 : la chaîne d?approvisionnement de l?argent dans l?industrie mondiale du PV en 2018 Note de lecture : en bleu : demande pour la fabrication de la poudre d?argent ; en violet, en rouge : demande pour la fabrication de la pâte d?argent ; demande pour la fabrication de cellules Source : GFMS ? World Silver Survey 2019 48 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 13 : la chaîne de valeur des technologies cristallines Source : CGDD 49 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 2. LES MODULES CDTE (A) Les principales étapes de la production des modules CdTe On distingue 4 étapes principales dans la production des modules CdTe : ? la récupération du cadmium et du tellure dans les processus métallurgiques de production, respectivement, du zinc et du cuivre, dont ils sont des co-produits. Si le cadmium est récupéré par procédé métallurgique dans les boues cadmiées (processus relativement simple), la récupération du tellure nécessite une séquence de traitement complexe demandant une chimie de pointe. Une partie du cadmium peut être produite à partir de cadmium recyclé issu des accumulateurs ; ? la production d?un cadmium de haute pureté, indispensable à son usage photovoltaïque. ; ? la production de poudre de CdTe de haute pureté, dont le procédé est couvert par le secret industriel. L?usage principal de cette poudre est le photovoltaïque ; ? la fabrication de la cellule par dépôt du CdTe. Celle-ci est réalisée en utilisant les propriétés de sublimation de ce matériau semi-conducteur. Plusieurs couches très fines sont déposées sur un substrat en verre puis encapsulées avant d?être assemblées pour former le module. Les modules suivent ensuite les mêmes étapes que les modules cristallins (assemblage en panneaux, intégration dans le réseau, collecte et gestion des panneaux une fois qu?ils seront arrivés en fin de vie). Environ 90 % du verre et 95 % des semi-conducteurs qui composent une cellule à couche mince sont récupérables. Selon First Solar, acteur clé sur le marché des cellules CdTe, les panneaux usagés sont aujourd?hui collectés et traités avec un taux de recyclage de l?ordre de 90 %. A l?image des panneaux cristallins, il est vraisemblable (données non disponibles) que le recyclage porte sur les matériaux pondéreux et de peu de valeur et s?apparente davantage à de la valorisation matière. (B) Analyse de la chaîne de valeur des modules couches minces CdTe La structure de la chaîne de valeur est fortement déterminée par : ? le caractère « co-produit » des matières clés que cette technologie utilise contrairement à d?autres filières PV. Les étapes amont de la production des cellules CdTe sont étroitement dépendantes de la production de zinc et de cuivre, et donc des déterminants du marché de ces matières. ? la forte concentration de la production métallurgique du tellure (IHH = 40). La longue séquence de traitement à mettre en place et sa complexité expliquent les faibles quantités de tellure aujourd?hui récupérées par rapport aux quantités récupérables (450 à 550 tonnes sur un potentiel de production estimé à 1 200 tonnes42) ; ? une forte concentration de la production du tellurure de cadmium de haute pureté indispensable à la production des cellules CdTe, ? la structure d?oligopole du marché des cellules et des modules, dominée par deux entreprises First Solar (entreprise américaine) et Calyxo (entreprise allemande), et la forte intégration verticale de ces deux segments de marché. (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur La France ne compte pas d?acteurs industriels dans la chaîne de valeur des modules CdTe à l?exception de la Société nouvelle d?affinage de métaux (SNAM, l?un des plus gros producteurs européens de cadmium de recyclage. Contrairement à la filière du silicium, les panneaux photovoltaïques CdTe usagés sont envoyés pour traitement dans une usine située en Allemagne car il n?existe pas actuellement en France d?usine dédiée pour traiter ce genre de déchets. Au regard du volume croissant de panneaux CdTe mis sur le marché français, il conviendrait de réfléchir à l?installation d?une telle usine en France, afin de de traiter au plus près des lieux de production des déchets, ces équipements usagés potentiellement dangereux. 42 On estime à 1 200 tonnes la capacité maximale mondiale de production : estimation sur la base d?une production moyenne de 65 g de tellure par tonne de cuivre et d?une récupération de 90 % de la production de tellure dans la filière pyrométallurgique (Source : fiche de criticité tellure, BRGM). 50 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 14 : la chaîne de valeur des technologies CdTe Source : CGDD 51 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. ANALYSE DE LA CHAÎNE DE VALEUR DES MODULES TANDEM-PÉROVSKITES (A) Les principales étapes de la production La chaîne de valeur de cette technologie, encore au stade expérimental, reste à construire. Les cellules tandem représentent les technologies expérimentales les plus prometteuses. Pour mémoire, les cellules de ces technologies sont composées d?une cellule en silicium cristallin et d?une autre en pérovskite43 dont la matière distinctive (par rapport aux autres technologies) est le plomb. En l?état des connaissances actuelles, on distingue 3 étapes techniques dans la chaîne de valeur des modules PV à base de pérovskite : ? l?extraction des minerais de plomb. Le plomb se caractérise par le fait qu?il est associé à une grande diversité d?éléments : le zinc (le plus fréquent) mais aussi le fer, le cuivre, le cadmium, l?argent, l?or, l?arsenic qui sont en grande partie récupérés lors des opérations métallurgiques ; ? la concentration du minerai pour être raffiné, soit par pyrométallurgie, soit par électrométallurgie pour obtenir des lingots de plomb doux, pur à 99,99 % ; ? a fabrication de la cellule en est encore au stade de la recherche-développement et très peu de données sont disponibles. (B) Chaîne de valeur des modules tandem-pérovskite En 2018, la production minière de plomb s?est élevée à 4,6 millions de tonnes. A côté de la Chine qui produit près de 50 % du plomb, il existe de nombreux pays petits producteurs. Le plomb est principalement utilisé dans les batteries et accumulateurs, filière dans laquelle il est largement recyclé. Compte tenu de sa toxicité, ses usages ont progressivement été réduits. Compte tenu du stade expérimental qui caractérise encore ces technologies, la structure de la chaîne de valeur, au-delà de l?étape production de lingots de plomb, n?est pas encore connue. (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur En Europe, le plomb enregistre de bonnes performances de recyclage : collecte élevée, encadrement réglementaire strict des procédés industriels. Les acteurs industriels français sont aujourd?hui bien positionnés sur le recyclage du plomb des batteries des démarrages automobiles (principal usage du plomb). Le degré de pureté du plomb recyclé semble envisageable pour une utilisation dans le photovoltaïque. Dans un contexte de développement de la voiture électrique, le développement de la technologie pérovskite pourrait offrir un débouché à cette matière. 43 La pérovskite désigne une structure cristalline : en général une cellule à pérovskites est un hybride organique-inorganique de plomb ou un halogénure d?étain. 52 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. Les risques économiques 1. L'ARGENT, LE SILICIUM SOLAIRE ET LE TELLURE PRÉSENTENT LES RISQUES ÉCONOMIQUES LES PLUS IMPORTANTS Compte tenu de la place des matières premières et des composants dans le coût de production d?un module, le prix des matières premières brutes et transformées constitue un facteur de risque. La pâte d?argent peut représenter près de la moitié du coût des intrants pour les cellules Les producteurs des cellules sont donc particulièrement sensibles aux évolutions du prix de l?argent. Les industriels ont mis en place des stratégies (efficacité matière, substitution) pour réduire les coûts de l?argent et du polysilicium qui constitue également une partie importante du coût « intrants » des cellules. Ces stratégies ne permettront de compenser l?augmentation des besoins en argent et en polysilicium induits par le déploiement du PV que si elles diminuent dans les mêmes proportions les quantités d?argent et de polysilicium utilisées. Pour l?argent, les évolutions technologiques laissent envisager à moyen terme (2028) une division par deux des quantités d?argent utilisées par cellule44 (de 0,13 g à 0,65 g par cellule). La quantité d?argent par W produit est susceptible de diminuer encore plus vite du fait de l?amélioration parallèle du rendement énergétique des cellules. Si une telle évolution se concrétise, le développement du photovoltaïque cristallin devrait pouvoir considérablement réduire sa vulnérabilité face aux pressions sur les prix de l?argent. Pour le polysilicium, les quantités utilisées par module sont passées de 6 g/Wc à 4 g/Wc entre 2013 et 2019. Un levier important d?amélioration de l?efficacité matière pour cette matière est le recyclage du kerf pour lequel des solutions techniques sont en cours de développement en Europe et seraient déjà mises en oeuvres dans certaines usines en Chine45. 44 Source : ?The Role of Silver in the Green Revolution?, Institut International de l?Argent. 45 Source : entretien avec le SER. Figure 15 : part des différentes matières/composants dans le coût des cellules à hétérojonction 46% 27% 10% 6% 3% 8% pâte d'argent oxyde transparent conducteur équipement produits chimiques gaz autres Source : CEA-LITEN 53 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Pour la filière CdTe, la faible disponibilité du tellure contraint fortement le développement à grande échelle de cette technologie. La capacité maximale de production mondiale de tellure (au regard de la teneur en tellure dans le minerai de cuivre) est limitée (1 200 tonnes) et déterminée par la demande du cuivre, dont il constitue un co-produit métallurgique, alors que la production métallurgique est fortement concentrée. Ce risque ne pèse pas sur les acteurs industriels français, qui ne sont pas impliqués dans la filière CdTe. 2. LE DÉPLOIEMENT DU PV RENFORCE LA DÉPENDANCE EXTÉRIEURE DE L?EUROPE ET DE LA FRANCE ET LA VULNÉRABILITÉ DES ACTEURS INDUSTRIELS La forte intensité en capital des étapes de production amont et les importantes subventions accordées ont permis à la Chine d?acquérir une position dominante dans la chaîne de valeur des modules cristallins, allant jusqu?au monopole sur le segment des cellules. Ainsi, malgré des ressources et des réserves de silicium adéquates pour la production de silicium métal, l?Europe représente une faible part de la production amont depuis l?extraction jusqu?à la production des modules. L?Europe est complètement absente de la fabrication de cellules. La dépendance à la Chine est la plus élevée aux étapes de transformation du métal (purification) et surtout aux étapes des produits intermédiaires (lingots, wafers, cellules). Dans un scénario de tensions commerciales où des taxes ou des restrictions à l'export seraient mises en oeuvre, l'Europe serait impactée avec des conséquences variables selon les produits ciblés. Des mesures appliquées aux produits amont accentueraient les difficultés de la filière industrielle européenne du PV, avec un risque sur l'emploi associé, mais sans impact significatif sur le déploiement du photovoltaïque en Europe. Des mesures appliquées aux produits semi- finis et finis pourraient avoir en revanche des conséquences sur le coût du PV, et même freiner son déploiement en Europe. 3. UN TISSU DE LABORATOIRE EUROPÉEN DYNAMIQUE ET DE RENOMMÉE MONDIALE, MAIS JUSQU?À QUAND ? La diminution du nombre d?unités industrielles européennes présentes dans le PV illustre les difficultés des acteurs à être compétitifs par rapport au géant chinois et ce, malgré des innovations régulières et portées par des laboratoires de recherche fortement investis sur le sujet. Or, la dynamique en matière d?innovations est liée au maintien d?acteurs industriels, principale source de financement des laboratoires de recherche. La baisse du nombre d?acteurs compromet le principal atout dont dispose l?Europe pour bénéficier des opportunités de la croissance du marché de panneaux, que ce soit sur le cristallin aujourd?hui dominant ou les technologies à venir (pérovskite). 4. UN RISQUE D?APPROVISIONNEMENT ACCRU POUR LE MARCHÉ DES MODULES BAS CARBONE FRANÇAIS La prise en compte de l?impact carbone des modules photovoltaïques, mise en oeuvre en France dans le cadre des appels d?offres du ministère de la Transition écologique, constitue un levier puissant pour limiter les émissions de GES associées au déploiement du photovoltaïque. Elle a conduit à redéployer la localisation géographique des acteurs industriels approvisionnant le marché français en modules. L?augmentation des capacités PV en France pourrait conduire à des tensions d?approvisionnement sur du polysilicium bas carbone, que la Chine ne peut produire compte tenu de son mix énergétique. Le maintien des capacités industrielles de polysilicium en Europe (Allemagne), voire son développement en cas d?accélération du déploiement du PV en Europe, permettrait de mieux maîtriser les impacts environnementaux associés au déploiement du photovoltaïque. Technologies PV Principales étapes d?un système PV PV cristallins CdTe Pérovskite enjeux technico-économiques enjeux géopolitiques enjeux technico-économiques enjeux géopolitiques enjeux technico- économiques enjeux géopolitiques Silicium Argent Silicium Argent Cadmium Tellure Cadmium Tellure Plomb Ch aî ne d e va le ur s d e ce rt ai ne s r es so ur ce s d 'u n sy st èm e PV Extraction Moyen *** Requiert une certaine qualité de quartz Faible*** - sous-produit à 70% - gisements variés Faible*** Extraction locale Faible*** Production minière bien répartie Faible*** - sous produit du Zn (faible proportion de producteurs Zn) - réserves mondiales Cd Fort***: - Tres faible quantité extraite du Cu (65g par tonne) - Traitement long de pointe Faible*** Faible concentratio n des producteurs de Cd mondiaux Moyen *** Chine produit plus de 60 % de tellure Faible** Nombreuses typologies de gisements et exploitations Faible** 50 % de la production primaire en Chine mais de nombreux autres pays Transformations Moyen ** - procédés complexes et capitalistiques -consommation matières premières (copeaux, houille, coke..) - fortes pertes en matières lors découpe (40%) Faible*** Procédés classiques Moyen *** Domination Asie Faible*** Production métallurgiqu e bien répartie Faible à nul * (Cd 99,99%) Faible*** (Cd 99 ,99%) Faible concentratio n des producteurs Faible*** Substituts moins toxiques à l?étude Faible* à ce stade surtout des compétitions entre laboratoires internationaux Moyen ** (Cd 99,999%,) Production hautement spécialisée Moyen ** (Cd 99,999%,) Petit nombre d?acteurs (pour cristaux ou poudres CdTe, thinfilm CdTe) Pas de données Moyen ** (cristaux ou poudres CdTe, thinfilm CdTe) Petit nombre d?acteurs et seulement 2 pour thinfilm Cellules PV Faible** Procédé haute technicité pas de données Fort***: Forte domination Asie pas de données pas de données pas de données Modules (assemblage cellules) Faible** Nécessite composants spéciaux pas de données Faible** Assemblage en France pas de données Installation du système PV Faible* Bonne disponibilité des terrains Faible** Terrains locaux Faible* Bonne disponibilité des terrains Faible** Terrains locaux Faible* A priori bonne disponibilité des terrains Faible** A priori comme précédemme nt terrains locaux Figure 16 : risques économiques associés aux ressources minérales clés mobilisées par les trois technologies PV retenues dans l?étude Note : Indice de confiance (dans l?attribution du niveau d?enjeu) : *** : repose sur des sources fiables, représentatives ; ** : repose sur des sources incomplètes ou dires d?experts ; * : repose sur des sources trop génériques ou insuffisantes Source : BRGM 55 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? D. Les risques environnementaux, sanitaires et sociaux associés aux 3 technologies PV étudiées L?électricité produite à partir d?un module PV présente un bilan carbone largement inférieur au bilan carbone de l?électricité produite à partir de charbon ou de gaz. Le déploiement du PV est ainsi indispensable à l?atteinte des objectifs climat. Cependant, cette source d?énergie, à l?instar d?autres sources d?énergies renouvelables, mobilise davantage de ressources minérales et de sols que les sources d?énergies conventionnelles. Si les matières spécifiques à chacune des trois technologies représentent une part très faible de l?ensemble des matières du système, elles sont à l?origine d?impacts environnementaux, sanitaires et sociaux différents en fonction des technologies. L?analyse de ces impacts permet d?apporter des éléments qualitatifs de comparaison de ces technologies entre elles. L?identification des maillons de la chaîne de valeur où se situent les principaux enjeux environnementaux permet par ailleurs de savoir où concentrer les efforts pour améliorer le bilan environnemental global du PV. 1. LES MODULES CRISTALLINS : DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DOMINÉS PAR LES ÉMISSIONS DE GAZ À EFFET DE SERRE ET D?AUTRES POLLUANTS ATMOSPHÉRIQUES (NOX, SO2, PM10, COV) La phase de fabrication des panneaux PV contribue à hauteur de 75 % des émissions de gaz à effet de serre et 25 % pour la phase d?installation. Environ 40 %46 de ces émissions se produisent lors de la purification du silicium métal en silicium solaire et de sa cristallisation en lingots. Ces deux étapes sont fortement consommatrices d?électricité dont les émissions de GES sont déterminées par le mix électrique des pays d?implantation des unités industrielles. La place importante de la Chine et son mix électrique à fort contenu en charbon expliquent l?intensité carbone élevée du panneau cristallin. Ces éléments expliquent également l?importance des émissions d?oxydes d?azote et de dioxyde de soufre responsables de l?acidification des milieux ainsi que des émissions de particules fines et de composés volatils nocifs pour la santé. L?étape d?extraction de la silice, précurseur du polysilicium, engendre peu d?impacts environnementaux même si, localement, les impacts peuvent être importants lorsque l?activité est peu encadrée réglementairement : dégradation et utilisation importante des sols, perturbation de milieux aquatiques (surtout lorsque les gisements sont alluvionnaires). 2. LA FILIÈRE PV CRISTALLIN A UNE MARGE DE MANOEUVRE IMPORTANTE POUR RÉDUIRE LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX LIÉS À LA FABRICATION DU POLYSILICIUM Sans recyclage, la perte de matière que représente le kerf (40 %) dégrade fortement le bilan environnemental de la filière PV cristallin. Des solutions de recyclage sont cependant en cours de développement en Europe et viseraient à réintégrer directement le kerf soit au niveau de la fabrication des lingots (en remplacement du polysilicium) soit au niveau de la fabrication du polysilicium (en remplacement du silicium métal). La valorisation au niveau du lingot serait à première vue la plus intéressante car elle permettrait d?éviter l?étape la plus énergivore du processus industriel (à condition que le processus de recyclage ne soit pas lui-même très énergivore). La valorisation au niveau de l?étape de production du polysilicium pourrait également être pertinente : il est en effet possible que la fabrication de polysilicium, en utilisant du kerf valorisé avec un bon niveau de pureté, soit moins 46 L?autre moitié des émissions de GES est générée par les autres matériaux nécessaires à la production du module comme l?aluminium ou le verre plat par exemple. On retrouve ces matériaux également dans les autres technologies que sont les couches minces CdTe et pérovskites. 56 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? énergivore que le procédé utilisant du silicium métal. Techniquement possible, via des traitements physico-chimiques, le recyclage du kerf dans la filière photovoltaïque doit cependant encore démontrer sa pertinence économique. Un tel recyclage serait cependant déjà mis en oeuvre dans certaines usines en Chine47. Mises en oeuvre à grande échelle, la récupération et la réintégration du kerf dans le cycle pourraient permettre d?éviter les fortes émissions de gaz à effet de serre associées à ces étapes de production. 3. LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DES MATIÈRES MINÉRALES MOBILISÉES PAR LES MODULES CDTE SONT FORTEMENT LIÉS À LA TOXICITÉ DU CADMIUM Les impacts environnementaux et sanitaires liés à l?utilisation du cadmium dans les modules CdTe peuvent se manifester à toutes les étapes : ? au moment de l?extraction du cadmium lors des processus métallurgiques de transformation du zinc ; ? au moment de la production des cristaux de tellurure de cadmium ; ? au moment de la fabrication des cellules CdTe : inhalation de cadmium sous forme de poussières ou de vapeurs, contamination de l?individu ou de l?environnement en cas de mesures de sécurité défaillantes ou non respectées ; ? au moment du recyclage des panneaux. La toxicité du cadmium est plus impactante dans des pays où l?encadrement réglementaire est défaillant ou non mis en oeuvre. L?étape d?extraction, dominée par la Chine (30 % de la production mondiale de cadmium), est considérée comme la plus impactante. 4. MOINS DE GAZ À EFFET DE SERRE ET MOINS DE POLLUANTS DE L?AIR POUR LES MODULES CDTE L?étude de Stamford et Azapagic de 201848 montre que la technologie couches minces émet deux fois moins de CO2 que la technologie PV cristallin et consomme moins d?énergie. 5. UN MEILLEUR BILAN ENVIRONNEMENTAL POUR LES CELLULES PÉROVSKITES ? Les cellules à pérovskite seule, sans substrat constitué de plaquettes de silicium, sont peu énergivores et peu émettrices de GES car la fabrication se fait à température relativement basse. L?utilisation en tandem avec le silicium et le plomb permet d?améliorer le rendement énergétique mais augmente les émissions de gaz à effet de serre par kWc. L?utilisation du plomb, fortement toxique, est associée aux procédés métallurgiques dont l?encadrement réglementaire et la mise en oeuvre dépendent de la zone de production. La toxicité du plomb est préoccupante dans les pays où l?encadrement réglementaire est défaillant ou non mis en oeuvre. Le caractère préindustriel de cette technologie ne permet pas de dessiner une cartographie des acteurs ni de leur localisation géographique. Il est vraisemblable que la localisation de la production du plomb ait un impact déterminant sur le bilan environnemental et sanitaire de cette technologie. 47 Source : entretien avec le SER 48 « Environmental impacts of photovoltaics : the effects of technological improvements and transfer of manufacturing from Europe to China », Laurence Stamford and Adisa Azapagic, Energy technology 2018,6, 1148-1160 57 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 6. UN BILAN ENVIRONNEMENTAL PLUS LOURD POUR LES CENTRALES AUX SOLS QUE POUR LES INSTALLATIONS SUR TOITURES L?emprise au sol d?une centrale au sol dépend du rendement énergétique des cellules. Plus celui- ci est élevé, plus l?emprise au sol est faible pour une même puissance. On estime qu'il faut 4 à 5 m2 de sols par kWc de capacité de PV monocristallin installé et 5 à 6 m2 pour le PV polycristallin. Par leur emprise, les centrales au sol impactent les écosystèmes à travers les remaniements puis le recouvrement partiel du sol (effets de l?ombrage des panneaux sur la température du sol et ses caractéristiques pédologiques qui peuvent avoir des conséquences directes sur le développement de la végétation)49, la fragmentation des habitats naturels (exemple des fermes solaires à capacité industrielle où les besoins réels d?espaces peuvent atteindre entre 1,5 et 2,5 fois la surface des panneaux eux-mêmes, voir Gasparatos et al., 201750), les changements microclimatiques ou les modifications de comportements de différentes espèces d?animaux51 (Ademe, 2019). En France, l?implantation des centrales aux sols est fortement encadrée par les documents locaux d?urbanisme52, notamment le plan local d?urbanisme et son règlement. Au-delà d?un certain seuil, elles sont également soumises à étude d?impact. Le plan local d?urbanisme définit le droit des sols applicable pour chaque terrain et détermine les orientations générales d?aménagement, ainsi que les règles générales d?utilisation des sols. L?implantation de centrales PV au sol sur les zones agricoles ou naturelles nécessite une autorisation au titre, soit des installations nécessaires à l?exploitation agricole et forestière, soit des constructions nécessaires à des équipements collectifs ou à des services publics lorsque leur règlement n?autorise pas expressément l?installation de panneaux photovoltaïques (ce qui est rarement le cas). L?utilisation des sites pollués, d?anciens sites industriels ou encore de parkings représentent, selon une étude de l?Ademe, un potentiel de 53 GWc53. La figure 17 récapitule, par segment de la chaîne, les impacts environnementaux des modules cristallins, à CdTe et à pérovskites. Les impacts sanitaires et sociaux n?ont pas été intégrés car les données sont insuffisantes. Le tableau visualise les étapes de la chaîne de valeur qui présentent les plus gros enjeux. Ils doivent être relativisés au regard de la faible part que représente la production des panneaux PV dans l?ensemble des impacts environnementaux générés par la production des biens et des services dans l?économie mondiale. 49 Peu de travaux sur cette thématique à l?exception du projet PIESO (Processus d?Intégration Écologique de l?Énergie Solaire), financé depuis 2015 par l?Ademe sur les effets en phase d?exploitation du PV sur les communautés végétales, les populations d?espèces végétales patrimoniales, dont les résultats seront publiés en 2019. 50 "Renewable energy and biodiversity : implications for transitioning to a green economy", Renewable and Sustainable Energy Reviews 70 (2017) : 161-184" 51 Le projet PIESO rendra ses résultats fin 2019 sur les effets en phase d?exploitation du PV au sol sur les orthoptères, les rhopalocères (lépidoptères), les oiseaux et les reptiles. 52 En cas d?absence de tels documents, c?est le règlement national d?urbanisme qui s?applique. 53 Etude Ademe, avril 2019. Ce potentiel national se répartit entre zones délaissées (93 %) et parkings (7 %). L?évaluation de ce potentiel tient compte de certaines contraintes technico-économiques et administratives liées à l?implantation de centrales qui viennent limiter les surfaces potentielles disponibles. Technologies PV Principales étapes d?un système PV PV cristallins CdTe Pérovskite Silicium Argent Cadmium Tellure Plomb Ch aî ne d e va le ur s d e ce rt ai ne s r es so ur ce s d 'u n sy st èm e PV Extraction Moyen ** - Utilisation des sols - Perturbation milieux aquatiques - Faible consommation énergétique Fort** Variables selon les exploitations Fort*** - Toxicité du Cd - Consommation d?énergie Moyen** - Risque de compétition sur usages de l?eau - Toxicité des tellurites solubles (autres formes relativement inertes) Fort***: - Toxicité du Pb - Emissions de GES variables selon modes de production Transformations Moyen ** - Energivore - Emissions (GES, NOx, SOx, composés volatils, PM10) - Utilisation d?acides et de produits toxiques Moyen** - variables selon les exploitations - utilisation de réactifs toxiques - procédés énergivores Cd (99,99%) Moyen** Zones hautement polluées en Chine Faible* Peu énergivores Faible émettrices de CO2 (peu de données) Cd (99 ,999%) Moyen* Émissions atmosphériques de Cd lors de la purification Cristaux ou poudres CdTe Thinfilm Moyen** CdTe hautement toxique par ingestion Forte écotoxicité sur milieux aquatiques Cellules Faible* Utilisation de substances toxiques mais à faible dose (cellules) pas de données Moyen* - Émissions de GES : 14 à 35 g CO2eq/kWh - Émissions de Cd : 1,3 mg Cd/m² - Consommation d?eau : 385 à 425 l/kWh Moyen* - En tandem Si : mêmes impacts qu?avec cellules Si + impact dû au Pb (environ 1/3 de plomb dans couche pérovskite) - Pérovskite seule : peu énergivore Modules Faible* Émissions de GES (modules) pas de données Moyen** - Émissions de GES : 30 g CO2eq/kWh - Courte vie des pérovskites Installation du système PV Moyen ** - Affectation des sols (hors installation toitures) - Impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) Moyen ** - Affectation des sols (hors installation toitures) - Impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) A priori comme précédemment : Moyen ** - Affectation des sols - Impact des matériaux de structure (Cu, Al) Figure 17 : Risques environnementaux associés aux ressources minérales clés mobilisées par technologies PV cristallin, CdTe et pérovskites Note : Indice de confiance (dans l?attribution du niveau d?enjeu) : *** : repose sur des sources fiables, représentatives ; ** : repose sur des sources incomplètes ou dires d?experts ; * : repose sur des sources trop génériques ou insuffisantes Source : BRGM 59 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 7. LE RECYCLAGE DES PANNEAUX EN FIN DE VIE, UNE VOIE À APPROFONDIR POUR DIMINUER LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DU PV Le recyclage est en général considéré comme un réel moyen de réduire les impacts environnementaux de la production d?un bien. Cependant, plusieurs conditions doivent être réunies pour y parvenir. En premier lieu, il faut que les procédés de recyclage ne soient pas eux-mêmes à l?origine d?impacts environnementaux plus lourds que les procédés de production primaire. Par exemple, lors du recyclage des panneaux CdTe, il faut s?assurer d?éviter les impacts liés à la toxicité du cadmium. Ensuite, il faut être capable de récupérer et de valoriser correctement les matières dont la production primaire a le plus d?impacts environnementaux. Ainsi, pour les panneaux CdTe, il y a un enjeu à récupérer le tellure qui est une matière rare, tandis que pour les panneaux PV cristallins, l?enjeu est la récupération du silicium, matière énergivore à produire54. Par ailleurs, le recyclage doit être à haute valeur ajoutée et il faut trouver des débouchés pertinents pour les matières secondaires. Aujourd?hui, le recyclage des panneaux PV cristallins est nouveau et doit être amélioré : il n?existe pas de procédé pour récupérer le silicium et le traitement du verre n?est pas à haute valeur ajoutée55 (notamment à cause de la présence d?antimoine). Pour les panneaux CdTe, les procédés actuellement utilisés sont mal connus. Par ailleurs, si les évolutions technologiques conduisent à une réduction de la masse de matières contenues dans un panneau, dans le même temps, le nombre de matières différentes augmente. Ceci conduit à une complexification grandissante des modules et rend plus difficile le recyclage. 54 Comme indiqué précédemment, il faut bien sûr s?assurer que le processus de récupération du silicium ne soit pas plus énergivore que la production primaire. 55 Le verre est aujourd?hui essentiellement réutilisé en tant que sous-couche routière alors qu?avec un traitement adéquat, il pourrait être utilisé pour des serres, dans le bâtiment voire réutilisé comme verre solaire. 60 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologies PV Critères d'évaluation des impacts du recyclage PV cristallins CdTe Impacts des procédés de recyclage Moyen*** Impacts environnementaux et sanitaires selon les procédés de recyclage (emplois de produits chimiques, poussières contenant métaux lourds, impacts toxiques si incinération à cause de l'antimoine, du zinc et du chrome) Moyen*** Impacts environnementaux et sanitaires selon les procédés de recyclage (emplois de produits chimiques, poussières contenant métaux lourds, risque important lié à la toxicité de cadmium en cas de non- respect des normes) Qualité de l'utilisation des matières secondaires Mauvaise*** Actuellement, pas de débouchés à haute valeur ajoutée que ce soit pour le verre, le silicium et l'argent Bonne pour le cadmium (***) et le tellure (*) Impacts évités grâce au recyclage Faible*** Pas de récupération du silicium aujourd'hui, potentiellement impacts forts évités (GES) si récupération du silicium Important* (notamment récupération de la matière rare qu'est le tellure) Enjeux à venir sur la recyclabilité Complexification des cellules : moins de matières (en masse) mais plus de matières différentes (en nombre) Complexification des cellules : moins de matières (en masse) mais plus de matières différentes (en nombre) Figure 18 : éléments d?analyse sur le recyclage pour les technologies PV cristallins et CdTe Note : Indice de confiance (dans l?attribution du niveau d?enjeu) : *** : repose sur des sources fiables, représentatives ; ** : repose sur des sources incomplètes ou dires d?experts ; * : repose sur des sources trop génériques ou insuffisantes Source : BRGM (et entretien) Technologies PV Principales étapes d?un système PV PV cristallins CdTe Pérovksite enjeux économiques enjeux géopolitiques enjeux environne- mentaux enjeux économiques enjeux géopolitiques enjeux environne- mentaux enjeux économiques enjeux géopolitiques enjeux environne- mentaux Extraction ** *** ** ** *** ** *** *** *** Transformations ** ** *** ** ** * *** * * Cellules PV ** *** * * * Modules (assemblage cellules) ** *** * * Installation du système PV * ** ** ** ** * ** ** Figure 19 : synthèse des risques associés aux ressources minérales clés mobilisées par les trois technologies du PV retenues dans l?étude Rouge : risque élevé Jaune : risque moyen Vert : risque faible Blanc : pas de données Source : BRGM 62 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 63 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? V. Quelle place pour les acteurs français et européens sur le marché du photovoltaïque ? 64 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Les acteurs industriels français sont principalement présents à l'amont de la chaîne de valeur du PV (extraction de certaines matières premières, équipementiers, production des onduleurs) et à l'aval (développement et installation). Par contre, on ne compte que peu d'acteurs dans la production de modules PV56 cristallins57. Le tissu industriel français est aujourd?hui fragilisé principalement en raison de la concurrence chinoise, même si certains acteurs ont réussi à se maintenir sur le marché, notamment français. Si cette situation perdure, la France ne pourra guère profiter des opportunités industrielles liées à la mise sur le marché de milliards de modules dans les dix ans à venir. La situation est la même pour les autres acteurs européens, confrontés eux aussi à la concurrence asiatique, et notamment chinoise : depuis dix ans, l'Europe connaît une perte importante d?emplois et de création de valeur ajoutée dans les segments industriels de la filière PV. Au-delà des enjeux de création de valeur ajoutée et d'emplois sur le territoire français et européen, une filière industrielle européenne de modules cristallins présenterait l'avantage d?améliorer le bilan environnemental des modules PV (réduction des émissions de gaz à effet de serre et autres polluants de l'air liées à la combustion des énergies fossiles et en particulier du charbon). En effet, le charbon compte pour une part beaucoup plus faible dans le mix électrique européen que dans le mix chinois : sur le sol européen, les étapes amont de la chaîne engendreraient donc beaucoup moins d?émissions de gaz à effet de serre. Pour la France, la disponibilité de modules très bas carbone est importante. En effet, le contenu CO2eq du kWh produit en France est très bas (57,1 g CO2eq /kWh58 en 2018), contrairement à la Chine (plus de 700 grammes) ou à l?Inde (plus de 900 grammes). Si dans ces pays, l?installation de centrales PV représente, quel que soit le pays de production des modules, un gain majeur en émissions de GES, c?est moins le cas en France. En effet, on estime aujourd?hui qu?un kWh produit avec un panneau « classique » (c?est-à-dire produit en Asie) a un bilan carbone moyen d?environ 55 g de CO2eq59 ; alors que le même panneau intégralement fabriqué en France ou en Norvège n?aurait un contenu GES que d?une trentaine de grammes60 par kWh. Les avantages « carbone » d'un développement d'une filière du PV cristallin apparaissent ainsi évident au regard du contenu carbone respectif des mix énergétiques chinois et européens61. La relocalisation de toute ou partie de la chaîne de valeur industrielle des modules PV en France et en Europe gagnerait également à tenir compte d?autres dimensions environnementales via l?intégration d?une réflexion générale sur les critères qui permettraient à des produits PV compétitifs de respecter l?environnement, le climat et les ressources naturelles, en privilégiant une approche cycle de vie. L?inscription de la filière photovoltaïque dans une démarche d?écoconception pourrait ainsi constituer une réelle opportunité pour relancer l?activité industrielle en France et en Europe via une différenciation « vertueuse ». Ce pari industriel nécessiterait néanmoins un accompagnement fort des pouvoirs publics tout en garantissant un niveau de concurrence suffisant pour maintenir la dynamique d'innovation. 56 Au sens large, de l'extraction de la silice jusqu'à la production des modules en passant par toutes les étapes de transformation du silicium jusqu'au stade cellule. 57 Les industriels français ne sont pas présents dans la chaîne de valeur des modules CdTe. 58 Source : Ademe, bilan-ges.ademe.fr 59 Source : Ademe, bilan-ges.ademe.fr 60 CEA-LITEN ; Outils utilisés : Software : Sima Pro 8.1 // Méthode : IPCC 2013 GWP 100 ans. 61 La relocalisation des activités industrielles PV en France et en Europe conduirait également à réduire les émissions d?autres polluants de l?air du PV (en particulier ceux associés à la combustion du charbon). 65 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? A. S?assurer d?un approvisionnement responsable en ressources minérales de la filière PV en favorisant une production nationale responsable de ressources primaires et secondaires Le caractère responsable de la filière d?approvisionnement doit être vérifié, quelles que soient les filières de production et de transformation des ressources. Le moyen le plus vertueux et efficace est de considérer le potentiel de production national. La France est présente notamment dans la production primaire du silicium métal, de l?indium et de l?antimoine. Elle est aussi présente dans la production secondaire de cadmium et de l?argent. Ces productions sont de classe mondiale et contribuent à sécuriser l?approvisionnement européen à partir d?importations (indium, trioxyde d?antimoine), de recyclage (cadmium et argent) et de gisements primaires (silicium métal). Parmi les points forts, la disponibilité et la production de silicium sont des éléments favorables à la production de polysilicium, sous réserve de l?acceptabilité de l?exploitation à moyen/long- terme. La présence d?un industriel produisant du cadmium de haute pureté pourrait être un atout dans la gestion de la fin de vie des panneaux Cd-Te. Des opportunités de valorisation nouvelles de ressources primaires et secondaires françaises existent (Tableau 6). Elles pourraient soutenir le développement ou la re-création de segments industriels dans le segment amont. Certaines ressources primaires nécessitent de faire approfondir la connaissance du sous-sol plus ou moins profond par le BRGM afin d?en mesurer leur attrait économique. Cette question ne se pose pas pour l?antimoine dont les réserves estimées sont d?intérêt. Comme souligné dans les rapports récents du Conseil général de l?économie (CGE) et du Conseil économique, social et environnemental (CESE), l?ouverture de nouvelles mines en France nécessite une refondation du Code minier. L?objectif de la réforme en cours est justement de permettre l?émergence de projets miniers respectant les meilleurs standards environnementaux et sociaux tout en contribuant à l?économie et aux emplois des territoires 66 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Etapes Composant Elément /métal / alliage Ressources (disponibilité et exploitation) Acteurs industriels de la transformation Ph as e in st al la tio n Structures Acier Pas de potentiel minier identifié Part du recyclage dans la production française élevée (30 %) Mix décarboné français permet de produire de l'acier recyclé à faible émission Béton Disponibilité et exploitation de la ressource* de granulats en France Plusieurs acteurs industriels Nombreux projets en Europe et en France pour améliorer le bilan carbone de l'étape de fabrication du ciment, avec des technologies de rupture en développement Aluminium Ressources importées pour la plupart Des ressources* primaires exploitées de bauxite pour des applications de béton haute performance Une production d'alumine à partir de bauxite importée Part du recyclage dans la production française élevée (50%) Mix décarboné français permet de produire de l'aluminium à faible émission Onduleurs Tantale Gisements potentiels en Métropole et en Guyane à confirmer Des ressources* primaires exploitées en tant que substances connexes (Imérys) Des ressources* non exploitées dans les déchets électroniques - des projets de R&D financés par l'Ademe sur le recyclage du tantale Pas d'acteur dans la production en France Quelques acteurs européens (H.C Starck, Allemagne) Câbles Cuivre Potentiel non exploité sur le territoire national (plusieurs amas sulfurés de petites tailles apparentes) L'essentiel du cuivre nécessaire à la fabrication des câbles est importé Recyclage : taux de collecte significatif des câbles en cuivre lié à une forte présence d'acteurs du câble et d'un équipementier spécialisé dans le broyage et tri des câbles Pas de raffinerie de cuivre en France mais plusieurs en Europe, ce qui limite les utilisations nationales de cuivre recyclé Unités industrielles de fabrication de câbles : Nexans et Prysmian group Ph as e as se m bl ag e (m od ul e - p an ne au ) Interconnexion Argent Des ressources* primaires non exploitées en France métropolitaine et en Guyane Une production d'argent par recyclage Plusieurs fonderies et une unité d'affinage de haute pureté (Morphosis) Etain Des ressources* primaires exploitées en tant que substances connexes (Imérys) Gisements potentiels en Métropole et en Guyane Des ressources* non exploitées dans les déchets électroniques - des projets de R&D financés par l'Ademe Aucun acteur français aux premières étapes mais dans les alliages d'étain Plusieurs en Europe Cuivre Potentiel non exploité sur le territoire national (plusieurs amas sulfurés) Peu de production issue du recyclage pour ces applications. Pas de fonderie ou raffinerie en France mais plusieurs en Europe Verre solaire Silice Ressources* de qualité et en quantité exploitées pour l'industrie du verre Peu ou pas de recyclage du verre plat en verre plat La France est très présente dans la production de verre plat (12% de la production européenne) - leaders mondiaux (Saint Gobain) La part dédiée au solaire est nulle en France et quasi-nulle à l'échelle européenne Antimoine Des ressources* primaires connues non exploitées en Métropole de classe mondiale Des projets de R&D financés par l'Ademe pour extraire l'antimoine des déchets Production de trioxyde d'antimoine SICA et PCDL 30% de la production européenne et 11% de la production mondiale Ce llu le Cristalline Silicium métal Disponibilité et exploitation de la ressource* en France (environ 230 kt/an de silice) - essentiellement Imerys-potentiel de développement Pas de recyclage Transformation de la silice en silicium métal (150 kt/an) à faible émission CO2 5% de la production mondiale (Ferropem) Cd-Te Cadmium Pas de production primaire Production de Cd par recyclage Production Cd de haute pureté dans les conditions règlementaires parmi les plus exigeantes - SNAM Tellure Pas de ressource primaire Pas d'acteur dans la production en France CIGS Cuivre Voir cuivre interconnexion Indium Pas de ressource* primaire Possibles ressources* dans les déchets métallurgiques du zinc Pas de production de recyclage - des projets R&D sont en cours sur le recyclage des écrans plats Production d'indium de haute pureté, 3e mondial (Nyrstar) Sélénium Pas de ressource* primaire Pas de production de recyclage Pas d'acteur dans la production en France Gallium Potentiel faible des ressources en Métropole et en Guyane en raison des procédés (notamment dans les bauxites, teneurs de 80-100 ppm), non récupérées Possibles ressources* dans les déchets métallurgiques de l'alumine et du zinc Pas de production de recyclage Pas de production connue Pérovskites Plomb Des ressources* primaires non exploitées Production de Pb par recyclage (Recylex) Usines métallurgiques de production de plomb de 2e fusion (groupe Eco-bat technologies et Metal blanc) Tableau 6 : ressources primaires et secondaires françaises * le terme ressource ici ne présage pas de la faisabilité technico-économique, environnementale et sociale de leur exploitation 67 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? B. Hormis sur le segment des équipementiers, les acteurs du PV français investissent essentiellement sur des activités non industrielles, riches en emplois non délocalisables 1. LA CROISSANCE SOUTENUE DU MARCHÉ PV AU NIVEAU MONDIAL OFFRE DE RÉELLES OPPORTUNITÉS AUX ÉQUIPEMENTIERS FRANÇAIS, NOTAMMENT À L?EXPORT Les équipementiers de la filière PV fabriquent des machines-outils et divers équipements nécessaires à la fabrication des cellules et modules. Aujourd'hui, ce marché est essentiellement dirigé vers l?international et surtout vers l?Asie, où sont situées les principales usines de fabrication des composants des modules. Grâce à leur capacité d?innovation, ces entreprises bénéficient de positions favorables sur des marchés pourtant très exposés à l?international. Une vingtaine d?entreprises françaises sont positionnées sur ce segment : fabricants de fours de cristallisation, de fils de découpe ou de lignes d?assemblage de modules. Il s?agit d?entreprises innovantes, de type PME ou ETI, pour lesquelles le photovoltaïque n?est pas le premier domaine d?activité. Le réseau d?équipementiers est encore plus dense en Allemagne, l?Europe reste donc en bonne position. En 201462, l?ensemble des emplois générés par les équipementiers s?élevait autour de 600 dont 400 directs (annexe 3). Les équipementiers ne représentent que 5 % de la valeur créée en France dans la filière PV, mais le ratio valeur ajoutée sur production63 est élevé par rapport aux autres secteurs industriels (31 %) ce qui montre que ce segment est créateur de richesses (annexe 3). Les équipementiers français évoluent dans un univers hautement concurrentiel où les déterminants du marché sont internationaux. Deux mouvements contraires animent ce marché : ? une surcapacité de production de cellules et de modules au niveau mondial qui a pour effet de tirer la demande d?équipements vers le bas ; ? des évolutions technologiques conduisant à une obsolescence très rapide des lignes de production existantes et donc à une augmentation de la demande d?équipements. Dans ce contexte, l?activité de recherche-développement est importante car elle permet de se différencier d?acteurs étrangers aux coûts de production plus faibles. Une des voies privilégiées par les équipementiers français et européens est l'élaboration de machines-outils qui permettent d?améliorer la phase d?élaboration des lingots (purification, cristallisation), de réduire le coût de fabrication des cellules et modules et/ou de participer à l?amélioration des rendements. Ces efforts portent sur l?efficacité-matière : les fabricants de creusets, de fours ou de fil de découpe travaillent à réduire la quantité de silicium utilisée en diminuant les pertes liées au processus industriel (réintégration des rebuts de lingots, limitation de la production de kerf). Ces efforts portent également sur l?efficacité-énergétique via l?amélioration des procédés de purification et cristallisation du silicium. Un autre axe majeur de différenciation et de développement pour les équipementiers est de proposer des solutions pour intégrer des améliorations technologiques dans les lignes de production. L'enjeu est de continuer à utiliser des équipements industriels ayant nécessité de lourds investissements face à des concurrents qui, ayant investi plus récemment, ont pu profiter des dernières innovations. 62 La dernière étude de marché approfondie date de 2014. Ceci explique que seules ces données, certainement déjà un peu datées, soient disponibles. 63 La production, exprimée en euros, se décompose en consommations intermédiaires et en valeur ajoutée. La valeur ajoutée correspond à la richesse créée lors de cette étape de production. Le ratio valeur ajoutée/production mesure donc la quantité de richesse créée par euro produit. Plus le ratio est élevé, plus le secteur en question crée de la richesse. Le ratio calculé ici n?est pas un ratio pour la filière PV en général mais bien un ratio pour la filière PV française. 68 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? En effet, alors que les modules multicristallins dominaient le marché dans les années 2010, on assiste, depuis 2015, à un retournement du marché vers le monocristallin, plus performant et aux coûts de production devenus comparables. En l'absence d'amélioration technologique des lignes de production, les producteurs de multicristallin classique sont susceptibles d'être mis en difficulté. Les équipementiers constituent un secteur fragile, mais stratégique pour l?ensemble de la filière PV européenne. Leur disparition pourrait conduire à la disparition de l?ensemble de la filière industrielle européenne du PV et rendre difficile toute nouvelle création d?entreprise. 2. LES AUTRES ACTEURS FRANÇAIS DU PV SE CONCENTRENT SUR L?AVAL DE LA CHAÎNE DE VALEUR L?aval de la chaîne de valeur (développement, installation, maintenance) concentre aujourd?hui l?essentiel des emplois et de la création de valeur ajoutée dans la filière PV en France. Les installateurs sont, pour la plupart, de petites entreprises appartenant au secteur du bâtiment (le plus souvent des électriciens). Le développement consiste à effectuer les études préalables à l?autorisation d?urbanisme, à prospecter et sécuriser le foncier, à choisir les fournisseurs, à concevoir la centrale, à répondre aux appels d?offres du ministère de la Transition écologique (le cas échéant), à élaborer le financement, à commercialiser l?énergie produite et parfois à exploiter la centrale (maintenance)64. Par rapport aux activités situées plus en amont de la chaîne de valeur, le développement de centrales est une activité bien présente en France. Les développeurs sont rarement spécialisés dans le photovoltaïque et sont présents sur d?autres types d?énergie renouvelable. Le développement, l?installation et la maintenance de centrales sont par nature des marchés locaux. Ces segments constituent le principal gisement d?emplois dans la filière PV en France. En 2014, ces activités « aval » représentaient plus de 70 % de la valeur ajoutée de la filière PV et environ 11 500 emplois dont 6 000 emplois directs (annexe 3). Le nombre d?emplois créés par MWc est d?autant plus important que l?installation PV est petite. Ces segments sont ceux qui créent le plus de richesses au sein de la filière PV : le ratio valeur ajoutée sur production65, au moins égal à 40 %, est le plus élevé parmi l?ensemble des maillons de la chaîne de valeur (annexe 3). 64 Il existe plusieurs modèles économiques : les développeurs peuvent être propriétaires de leurs centrales et les exploiter durant toute leur durée de vie, ils peuvent également développer des centrales et les revendre immédiatement ou encore acheter des centrales déjà existantes. 65 voir note 58. 69 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. Alors que la France dispose encore d?importantes capacités de recherche, son tissu industriel dans le secteur PV est de plus en plus fragile 1. LES ACTEURS INDUSTRIELS FRANÇAIS SONT PRINCIPALEMENT POSITIONNÉS SUR LE SEGMENT PEU CAPITALISTIQUE DE LA FABRICATION DES MODULES La fabrication des modules PV (entendu « au sens large » de la fabrication du polysilicium à la production des panneaux) est une activité mondialisée qui a connu de profondes mutations depuis le milieu des années 2000. La guerre des prix qui a accompagné cette montée en puissance des acteurs asiatiques a entraîné la disparition de la plupart des entreprises françaises. Alors que la part du module dans le CAPEX66 des installations photovoltaïques s?élève à plus de 40 %, la part de la valeur ajoutée issue de la fabrication de modules dans le total de la valeur ajoutée de la filière PV n?est que de 4 % en France67 (annexe 3). Ces chiffres s?expliquent par la proportion importante de panneaux importés dans les centrales PV installées en France (environ 80 %68). Par ailleurs, au sein même de l?activité « fabrication de modules », la création de valeur est faible. Avec un ratio VA/production de seulement 12 %, il s?agit de l?activité de la filière qui crée le moins de richesses en France (voir annexe 3). En effet, la fabrication de modules se résume à l?assemblage de cellules fabriquées à l?étranger. En d?autres termes, de la production du polysilicium aux panneaux, la richesse est principalement créée à l?étranger. In fine, seules quelques entreprises françaises résistent, quasi-exclusivement dans la technologie au silicium cristallin et dans l?assemblage des modules (Tableau 7). La production de polysilicium et de cellules est en effet extrêmement capitalistique, donnant un avantage comparatif important aux industriels chinois qui disposent de capacités d'investissement inégalables, d?autant plus que le cycle d?investissement en Europe est lent. La plupart des acteurs français présents sur les modules sont des entreprises de type PME, sauf Sun Power et Photowatt, respectivement filiales de Total et EDF. Leur capacité de production (aux alentours de 900 à 1 000 MWc) leur permettrait de répondre aujourd?hui aux besoins du marché français (862 MWc ont été installés en France en 2018). Une petite partie seulement de ces capacités de production est aujourd?hui utilisée, environ 80 % des modules mis sur le marché en France étant importés69. Le critère carbone des appels d'offres du ministère de la Transition écologique n?a pas profité aux entreprises françaises, malgré l?avantage procuré par un mix énergétique français bas carbone. En effet, les fabricants de modules, français ou non, qui cherchent à obtenir une bonne note sur le critère environnemental, ont adopté la même stratégie d?approvisionnement : acheter eux- mêmes des lingots ou des wafers norvégiens bas carbone pour les revendre à leur fournisseur de cellules (le plus souvent situé en Asie, mais pas en Chine). L?assemblage de modules sur le sol français à partir de telles cellules est alors certes moins émetteur que dans d?autres pays, mais l?avantage procuré est faible car cet assemblage est un poste bien moins émetteur de gaz à effet de serre que les étapes amont. 66 Le CAPEX désigne les dépenses d?investissements initiaux, en opposition aux coûts d?exploitation (OPEX) qui sont les coûts supportés par les producteurs une fois l?installation mise en service. 67 Cette répartition de la VA n?est pas typique de la filière PV mais est bien spécifique à la France : c?est la faiblesse des industriels français en amont qui explique qu?en France la fabrication de modules créé si peu de valeur ajoutée. 68 Source : Ademe. 69 Il n?y a quasiment aucune exportation française de modules. 70 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Certains acteurs français peinent ainsi à remporter les appels d?offres du ministère de la transition écologique. À cela, s?ajoute la concurrence des panneaux couches minces CdTe. Pour les grandes centrales au sol, les panneaux CdTe ont l?avantage d?avoir un bilan carbone faible (accentué par des règles de calcul avantageuses) et des coûts peu élevés. Par contre, elles ont un rendement énergétique plus faible et donc une emprise au sol plus élevée70. Société Activité Capacité et/ou volume fabriqué (MWc/an) Stratégie Reden Solar Modules et développement 90 Cellules bifaciales, marché de niche (candélabre PV, serres PV) Photowatt Lingots, wafers, cellules, module 10-15 modules 50 wafers (-> 500 ?) Modules haut rendement et bas carbone (technologie Crystalmax, dite du « mono-like ») Recom Sillia Modules et développement 300 (-> 2 000 ?) Développement à venir d?une usine grande capacité - hétérojonction VMH Energy Modules 60 Utilisation du financement participatif pour le développement des centrales S?tile Modules 15 (modules) Marché de niche (candélabre, intégration au bâti), technologie « i-cell » permettant d?économiser d?importantes quantités de cuivre et d?argent Systovi Modules 80 Modules standards pour toiture + modules hybrides thermique/PV Sun Power Modules (en France et Mexique) ? cellules (Malaisie et Philippines) 80 en France Panneaux très haut rendement (24 %) Voltec Solar Modules 200 Découpage demi-cellules, panneaux bifaciaux 2. UNE CAPACITÉ DE RECHERCHE ENCORE AFFIRMÉE, MAIS VULNÉRABLE Malgré les faiblesses de la filière industrielle française du PV, la recherche « préindustrielle » reste importante, notamment grâce à des liens solides entre la R&D publique et l?industrie. Les laboratoires de recherche français sont ainsi à la pointe au niveau mondial dans le secteur du PV. Cet environnement favorable à l?innovation devrait être un réel atout dans la compétition mondiale. Cependant, cet écosystème favorable à la recherche est aujourd?hui fragilisé voire menacé par la disparition des acteurs industriels (qui sont les premières sources de financement de ces laboratoires) et par l?absence de plus en plus fréquente de débouchés industriels en France ou en Europe pour ces innovations. 70 La surface de panneaux nécessaire (ce qui est légèrement différent de la surface au sol puisque les panneaux sont parfois espacés) est ainsi supérieure de 18 % avec des modules CdTe (hypothèse de rendement : 16,6 %, étude CRE) par rapport aux modules monocristallins (hypothèse de rendement de 19,7 %), ce qui représente une surface supplémentaire d?environ 1 000 m2 par MWc. Tableau 7 : les principaux acteurs français dans la production de modules (au sens large) et leur stratégie de développement Source : entretien, sites internet 71 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Maillon de la chaîne de valeur Equipementiers Production des modules ? polysilicium Production des modules ? lingots, wafers Production des modules ? cellules Production des modules ? assemblage Installation, développement, maintenance Présence des acteurs français et européens Bonne, surtout en Allemagne Aucune 1 seule entreprise 1 seule (très faible capacité) Une dizaine d?acteurs Importante Emplois créés en France (directs, indirects, induits) en 2014 Autour de 600 0 Autour de 500 Autour de 11 500 Richesse créée : ratio VA / production en 2014 31 % 12 % Autour de 40 % Forces Capacité d?innovation x Maîtrise des technologies de pointe Innovation sur les installations et modèles d?affaires (agrivoltaïsme, PV flottant, financement participatif) Diversification sur des secteurs hors PV Liens forts avec la R&D Faiblesses x x Manque de compétitivité Dépendance aux soutiens publics Carnets de commande peu remplis Opportunités Besoin d?adaptation des capacités industrielles aux évolutions technologiques x Marché bas carbone, notamment en France avec critère environnemental des appels d?offres Activités non délocalisables Marché en pleine croissance à l?export Menaces Fragilité du tissu industriel européen du PV x Disparition des équipementiers et des laboratoires de recherche Arrêt ou diminution possible des soutiens au PV Carnets de commande peu remplis Concurrence internationale féroce (y compris sur le bas carbone avec la Norvège) Subventions étatiques aux entreprises étrangères concurrentes Politique commerciale agressive de nos partenaires commerciaux Modification des règles des appels d?offres Tableau 8 : état des lieux des acteurs français de la filière PV 72 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? D. La production de panneaux bas carbone : une opportunité pour structurer un secteur industriel français et européen du PV dans le cadre d?une démarche plus globale d?écoconception La France et l?Europe ne créent que peu de valeur sur les modules car leur activité consiste principalement à assembler des cellules importées. Pourtant, le module reste un poste important dans le coût total d?une centrale PV. Ainsi, la valeur ajoutée est aujourd?hui principalement créée à l?étranger avec comme corollaire des modules au bilan carbone en moyenne élevé. La production de panneaux PV bas carbone constitue une réelle opportunité pour relocaliser des capacités de production en France et plus largement en Europe, en particulier sur les premières étapes de la chaîne de valeur. Elle demande à être inscrite dans une démarche plus globale d?écoconception tenant compte des différentes dimensions permettant de minimiser les impacts environnementaux du PV : durabilité, efficacité matière et utilisation de matières à moindre impact environnemental, recyclabilité. L?éco-conception devrait ainsi être inscrite comme élément de différenciation positive au coeur de la filière photovoltaïque européenne et française. Une telle relocalisation est-elle réaliste ? À quelles conditions ? 1. UNE FABRICATION DE POLYSILICIUM SUR LE SOL FRANÇAIS AVANTAGEUSE SUR LE PLAN ENVIRONNEMENTAL, MAIS INCERTAINE SUR LE PLAN ÉCONOMIQUE La France compte une entreprise, Ferropem, qui fabrique du silicium-métal71 mais ne produit pas de polysilicium, malgré une électricité peu coûteuse, avantage comparatif important pour cette étape de la chaîne de valeur particulièrement énergivore. La production d?un kilo de polysilicium en France émet 23,12 kgCO2eq contre 87,82 kg en Allemagne et 141,02 kg en Chine72. Relocaliser une partie de la production de polysilicium en France ou en Europe permettrait de réduire les émissions de gaz à effet de serre (encadré 4). L?absence d?entreprises françaises dans le domaine du polysilicium peut s?expliquer par la forte intensité capitalistique des usines (seules les grandes usines sont rentables) et la présence d?acteurs déjà importants, y compris européens. La barrière à l?entrée sur ce marché est très haute. Deux conditions sont indispensables à une relocalisation de la production de polysilicium en France ou en Europe : ? des soutiens publics, notamment pour pallier le manque d?investissements privés ; ? la valorisation, à l?échelle européenne, de la production bas carbone, que ce soit par la mise en place de critères environnementaux dans les appels d?offres ou de mécanismes de tarification du carbone. Ceci permettrait de réduire le déficit de compétitivité-coût du polysilicium européen par rapport au polysilicium chinois. La protection accordée aux fabricants européens ne doit évidemment pas être totale, il reste primordial de garantir un minimum de concurrence pour encourager l'amélioration de la performance et la réduction des coûts à travers l'innovation, et éviter les situations d'oligopole. A côté des bénéfices environnementaux, une telle stratégie contribuerait à réduire le déficit de la balance commerciale sur le PV et créerait de la valeur ajoutée et des emplois sur le territoire européen. 71 Une partie du silicium-métal fabriqué par Ferropem est achetée par Wacker (entreprise allemande faisant partie du top 10 mondial des entreprises de polysilicium) en vue de la production de polysilicium de qualité solaire. 72 Valeurs de référence du bilan carbone simplifié du cahier des charges des appels d'offres du ministère de la Transition écologique 73 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le potentiel de création d'emplois est néanmoins limité du fait du fort degré d'automatisation des unités de production, corollaire de sa compétitivité - coût. La lourdeur des investissements industriels à consentir justifie de bien mesurer le décalage entre les besoins du marché à venir, en y intégrant l?éventuel développement d?un segment bas carbone sur le marché du polysilicium, et les surcapacités industrielles déjà existantes. Encadré 4 : estimation des émissions de CO2 évitées en cas de relocalisation d?une partie de la production de panneaux en France ou en Allemagne A l?horizon 2030, 36 GWc supplémentaires devraient être déployés sur le sol français et 200 GWc sur le sol européen. Le calcul des émissions évitées en cas de relocalisation d?une partie de la production de polysilicium est effectué selon deux scénarios d?efficacité-matière : le premier considère que l?on reste à efficacité-matière constante d?ici 2030 (soit 4 kilos de polysilicium par kWc, y compris pertes et casses lors du processus de production), le second considère que l?efficacité- matière prévue d?ici 2030 est atteinte dès aujourd?hui (soit 2 kilos de polysilicium par kWc). Ces deux scénarios donnent donc une fourchette réaliste des émissions évitées. Les calculs sont effectués pour une relocalisation en France ou en Allemagne de la production dans deux hypothèses différentes : ? cas 1 : la production de 50 % des panneaux installés en France jusqu?en 2030 est relocalisée ? cas 2 : la production de 30 % des panneaux installés en Europe jusqu?en 2030 est relocalisée Émissions de gaz à effet de serre évitées (en Mt) Relocalisation en France Relocalisation en Allemagne Scénario efficacité-matière constante : 4 g polySi /Wc 13,9 6,3 Scénario efficacité-matière haute : 2 g polySi /Wc 9,1 4,1 Émissions de gaz à effet de serre évitées (en Mt) Relocalisation en France Relocalisation en Allemagne Scénario efficacité-matière constante : 4 g polySi /Wc 46,4 21,0 Scénario efficacité-matière haute : 2 g polySi /Wc 30,2 13,7 Les facteurs d?émissions utilisés proviennent de l?évaluation carbone simplifiée présente dans le cahier des charges des appels d?offres du ministère de la Transition écologique. Les différences hypothèses de calcul sont explicitées en annexe 4. Tableau 9 : émissions évitées en cas de relocalisation de la production en Europe (au lieu d?une production en Chine) de 50 % des nouvelles capacités installées en France d?ici 2030 Tableau 10 : émissions évitées en cas de relocalisation de la production en Europe (au lieu d?une production en Chine) de 30 % des nouvelles capacités installées en Europe d?ici 2030 74 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 2. LA RELOCALISATION DE LA FABRICATION DES PANNEAUX, DU LINGOT AU MODULE, PARAÎT MOINS RISQUÉE SUR LE PLAN FINANCIER MAIS NE SERA POSSIBLE QU?AVEC UN RÉEL SOUTIEN PUBLIC ET POLITIQUE La reconquête des maillons de la fabrication des lingots et des wafers, de la production des cellules et de l'assemblage des modules semble à court terme plus facile à mettre en oeuvre que celle de la fabrication de polysilicium. En effet, ces activités sont beaucoup moins capitalistiques et présentent donc moins de risques financiers. Par ailleurs, l?électricité peu chère et peu carbonée confère à la France un réel élément de compétitivité, notamment du fait de l?intensité énergétique de la production des lingots, en particulier des lingots monocristallins73. Le gain en GES lié à la relocalisation de ces étapes de la chaîne de valeur est cependant bien moins important que celui lié à la relocalisation du polysilicium, étape la plus énergivore de la chaîne de valeur du PV. Encadré 5 : estimation des investissements nécessaires pour la création d?une filière européenne du PV Les scénarios de développement du PV en France et en Europe sont les mêmes que ceux décrits dans l?encadré précédent. Les hypothèses de relocalisation et d?efficacité-matière sont également identiques. Pour la production de polysilicium, il est fait l?hypothèse que l?investissement nécessaire est de 110 euros par kilo de capacité de production (cette hypothèse est basée sur le dernier investissement réalisé par Wacker aux États-Unis). Les résultats vont de 400 millions à 2,4 milliards d?euros selon les scénarios. Investissements nécessaires pour la production de polysilicium (en milliards d'euros) Relocalisation de 50 % du parc installé en France Éfficacité matière constante (4 g poly Si/Wc) 0,7 Éfficacité matière haute (2 g poly Si / Wc) 0,4 Relocalisation de 30 % du parc installé en Europe Éfficacité matière constante (4 g poly Si/Wc) 2,4 Éfficacité matière haute (2 g poly Si/Wc) 1,2 La relocalisation de la production des étapes allant du lingot aux modules nécessiterait des investissements moins lourds (400 millions à 1,2 milliards). Le calcul est basé sur l?investissement réalisé par GCL en Inde dans une usine avec une capacité de 4 GWc pour 1 milliard de dollars74. Cette usine, du fait de son intégration et de sa taille, présente des coûts moindres que des usines plus petites et restreintes à une étape de la production. Ces calculs, nécessairement approximatifs, se situent certainement dans la fourchette basse. Investissements nécessaires pour la production de polysilicium (en milliards d'euros) Relocalisation de 50 % du parc installé en France 0,4 Relocalisation de 30 % du parc installé en Europe 1,2 73 Le canadien STACE partage la même analyse sur l?avantage procuré par une électricité peu carbonée et envisagerait de se lancer dans la fabrication de lingots/wafers au Québec pour profiter de l?électricité produite par les barrages hydroélectriques. 74 Source : https://www.journal-photovoltaique.org/les-actus/une-usine-de-4-gw-en-inde-pour-gcl/ Tableau 11 : investissements nécessaires pour la relocalisation de la production de polysilicium en Europe Tableau 12 : investissements nécessaires pour la relocalisation de la production de modules (depuis le lingot) en Europe 75 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le tissu industriel français, avec ses équipementiers innovants, constitue un écosystème favorable aux innovations et rend possible la création de synergies industrielles. La reconquête industrielle serait donc possible en visant la fabrication de panneaux haut-rendement (monocristallins, hétérojonction, etc.) et bas carbone. Ce marché est aujourd?hui loin d?être saturé. Il n?est en effet investi que par quelques acteurs norvégiens au niveau des étapes de fabrication de lingots et de wafers. Leur capacité de production (environ 1 GWc annuel) reste faible par rapport aux besoins à venir du marché français (et encore plus si la volonté d?investir dans des panneaux bas carbone est partagée au niveau européen). Sur l?assemblage des modules, l?enjeu est d?assurer la pérennité des acteurs existants, en continuant, encore et encore, l?intégration des innovations technologiques dans le processus de production. Les gains environnementaux liés à la relocalisation de cette étape en France sont plus limités car l?assemblage des modules est un poste mineur dans le bilan-carbone d?une installation PV. Sur les segments de la fabrication de lingots, de wafers et de cellules, les compétences industrielles et en recherche-développement sont encore bien présentes (même si on ne compte plus qu'un unique acteur français) : ? pour la fabrication de lingots, la France dispose d?une avance technologique sur le « mono- like », qui permet de fabriquer des lingots combinant les avantages du multicristallin (faible coût et faible consommation d?énergie) et du monocristallin (meilleur rendement) ; ? pour la fabrication de wafers, des procédés, en voie d?industrialisation, devraient permettre d?ici quelques années de recycler le kerf. Récupérer ces 40 % de polysilicium et le réintégrer directement dans le processus de production pourrait devenir un atout majeur dans la compétition mondiale ; ? pour la fabrication de cellules, les investissements à réaliser sont importants (dix fois plus que pour les modules). Cependant, si la fabrication de lingots, de wafers et de modules est présente sur le sol français ou européen, il semblerait logique d?essayer de reconquérir également ce segment de la chaîne de valeur, ne serait-ce que pour minimiser le coût environnemental des transports entre l?Europe et l?Asie. 76 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Encadré 6 : les enjeux-ressources et économiques liés à la production annuelle de kerf Sans la mise en oeuvre de solutions de recyclage pertinentes, on estime qu?environ 40 % du polysilicium est aujourd?hui perdu sous forme de kerf (soit environ 200 000 tonnes par an). À la valeur d?achat du silicium qualité PV, cela représente une perte de 2 milliards de dollars, ainsi que 1,2 million de tonnes de ressources (essentiellement bois, charbon, silice). En se basant sur un scénario qui verrait l?atteinte en 2030 d?une capacité de production de panneaux de 600 GWc par an, et d?une consommation de 2 grammes de silicium par watt- crête (diminution de moitié par rapport à aujourd?hui), les pertes en kerf atteindraient au moins 640 000 tonnes par an en routine. La production de silicium solaire dans les conditions actuelles, mais avec recyclage du kerf, représenterait alors une émission de CO2 égale à 50 % de l?émission française actuelle. Il est impératif de pouvoir récupérer ce kerf aussi bien pour des raisons économiques qu?environnementales. Dans la figure ci-dessous, la partie rouge représente des « fines » fabriquées au cours du procédé : elles ne sont pas recyclées dans la filière solaire mais sont remises en métallurgie. Ces quantités-là ne sont donc pas perdues. Les conditions de réussite d?une telle reconquête sont similaires à celles exposées précédemment : nécessité d?un soutien public et politique pour les investissements initiaux, ainsi que d?un avantage accordé aux panneaux bas carbone dans les nouvelles installations. Une protection de la propriété intellectuelle renforcée pourrait être mise en place afin de s?assurer que l?avance technologique dont jouissent les laboratoires de recherche européens soit préservée le plus longtemps possible. Pour maximiser les bénéfices environnementaux et économiques d?une telle stratégie, la vision de filière, du polysilicium à la fin de vie, est primordiale. À titre d?exemple, le modèle envisagé pour le recyclage du kerf est d?installer des centres de traitement à côté des usines de production de wafers. En l?absence d?unités industrielles de wafers sur le sol européen, les premiers bénéficiaires de cette innovation, en termes de compétitivité-coût, seront les Chinois (qui ont d?ailleurs interdit les exportations de kerf). Le potentiel de création d?emplois directs est relativement faible, là aussi à cause de l?automatisation des procédés. Une stratégie de filière cohérente pourrait permettre d?optimiser la création d?emplois, y compris indirects et induits. Source : CEA 77 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. LE RECYCLAGE À HAUTE VALEUR AJOUTÉE DES PANNEAUX EN FIN DE VIE : UNE OPPORTUNITÉ INDUSTRIELLE ET ENVIRONNEMENTALE MAJEURE Le nombre de panneaux arrivant aujourd'hui en fin de vie est limité (quelques milliers de tonnes par an en France). En effet, la filière PV est jeune et la durée de vie des panneaux PV est en moyenne de 30 ans. Ainsi, les 50 000 à 60 000 tonnes de panneaux mises sur le marché en France chaque année ne deviendront des déchets que dans 20 à 30 ans. Le recyclage de haute valeur ajoutée de ces panneaux doit néanmoins se préparer dès aujour- d'hui car les défis techniques et industriels sont importants et le gisement des déchets à venir énorme. Le recyclage de haute valeur ajoutée implique tout d?abord de relever d?importer défis technique. La valorisation, actuellement mise en oeuvre, est en effet limitée aux éléments les plus pondéreux d?un panneau comme le cadre en aluminium et le verre. Ceci est suffisant pour atteindre les objectifs réglementaires portant sur la valorisation de la directive européenne sur les déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE), objectifs qui sont uniquement définis en masse globale, en l?absence d?autres procédés rentables. Cela n?encourage pas la filière de gestion de fin de vie des panneaux usagés à récupérer les matières présentes en petites quantités et difficiles à récupérer techniquement (argent, polysilicium), ni à développer un recyclage de haute qualité. En l'absence de politique volontariste de recyclage de ces déchets, ce sont des milliers de tonnes de matières qui ne pourront pas se substituer aux matières primaires dans un contexte de forte croissance de leur demande. Et dans le cas du PV cristallin, l?énergie dépensée pour atteindre la qualité silicium solaire resterait totalement perdue en fin de vie. Au-delà des bénéfices environnementaux, il y a un intérêt économique certain à mettre au point des méthodes de valorisation des matières dont la valeur économique est élevée et/ou rare (le polysilicium et l?argent) et d'améliorer le recyclage du verre solaire, aujourd'hui valorisé en sous- couche routière. Encadré 7 : quelques ordres de grandeur sur le recyclage Quelques chiffres permettent de bien saisir l?enjeu majeur que représente le recyclage. 480 000 tonnes de silicium de qualité PV ont été utilisées au niveau mondial en 2018. Si le volume de silicium contenu dans les panneaux arrivant en fin de vie en 2018 n?était que de quelques milliers de tonnes, il devrait atteindre 200 000 tonnes d?ici 2026. Une autre manière de voir est de regarder le gisement que représentent les 500 000 MWc installés fin 2018 au niveau mondial : ce dernier représente 2,5 millions de tonnes de silicium qui pourraient être perdues en l?absence de recyclage. Sur le plan industriel enfin, il paraît judicieux de bâtir une filière capable d?effectuer une valorisation à haute valeur ajoutée du gisement français de panneaux usagés. Ce segment de la chaîne, à l?heure actuelle totalement vide, recèle des opportunités pour les industriels français. La France dispose d?atouts : un éco-organisme (PV cycle), une usine (unique en Europe) de traitement des panneaux cristallins usagés et des start-up capables de développer des procédés innovants pour recycler, dans des filières à haute valeur ajoutée, les principales matières présentes dans les panneaux cristallins usagés. La prise en compte des problématiques liées au recyclage dès la conception du module peut faciliter la mise en oeuvre technique d?une valorisation à haute valeur ajoutée des matières contenues dans les modules. Elle peut néanmoins entrer en contradiction avec d?autres stratégies de réduction des impacts environnementaux comme la durabilité, au sens de la durée de vie des panneaux75. 75 Par exemple, une démontabilité plus aisée des modules, qui facilite le recyclage, peut entrer en contradiction avec la durée de vie du fait d?une moindre étanchéité des modules. 78 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? En outre, la collecte représente une part importante des coûts de gestion des panneaux usagés (matériaux pondéreux). Ce coût va jouer un rôle déterminant pour le dimensionnement et la localisation des unités de traitement des panneaux usagés, qui représentent à terme plusieurs dizaines de milliers de tonnes, soit l'équivalent de 12 usines de traitement du modèle de l'usine de traitement actuelle. Concernant le recyclage des panneaux CdTe, aujourd?hui assuré par une usine située en Allemagne, les volumes de panneaux usagés ne sont pas encore suffisants pour justifier la création d?une usine de traitement en France. Cependant, à plus long terme, la question pourrait se poser, d?autant que la France possède déjà des acteurs dans la récupération du cadmium dans les accumulateurs en fin de vie. Maillon de la chaîne de valeur Production des modules ? polysilicium Production des modules ? lingots, wafers Production des modules ? cellules Production des modules ? assemblage Recyclage en fin de vie Conditions de réussite Soutien public et politique important, à l?échelle européenne Valorisation au niveau européen de la production bas carbone Renforcement réglementaire des objectifs du recyclage Protection de la propriété intellectuelle (mono-like, recyclage du kerf, recyclage silicium et argent en fin de vie?) Facteurs d?incertitudes Absence d?acteurs français (et donc de compétences) Capacité à industrialiser le procédé de recyclage du kerf en cours d?élaboration Quasi-absence d?acteurs français (et donc de compétences) x Capacité à industrialiser les processus de recyclage à haute valeur ajoutée (notamment silicium et argent) Aversion au risque des industriels et des investisseurs français Capacité à faire connaître la technologie mono- like et d?autres innovations majeures Capacité à trouver des débouchés à haute valeur ajoutée pour les matières recyclées (notamment verre) Soutiens financiers publics incertains (cadre européen des aides d?état) Risques Concurrence internationale (même sur le polysilicium bas carbone avec les acteurs norvégiens) Perte de l?avance technologique Très fortement capitalistique Fortement capitalistique x Potentiel de création d?emplois Limité (automatisation importante nécessaire) Limité (automatisation importante), un peu plus importante en cas de recyclage du kerf Limité (automatisation importante nécessaire) Limité (automatisation importante nécessaire) Limité à moyen si capacité à faire un recyclage à très haute valeur ajoutée Potentiel de création de VA Important surtout en cas d?intégration forte de la filière Important Bénéfices environnementa ux (production en Europe/France versus production en Asie) Très importants (GES) Importants (GES - très important en cas de recyclage du kerf) Moyens (GES) Faibles (GES) Importants (GES et matières critiques comme l?argent) Tableau 13 : récapitulatif des différents éléments d?analyse sur la création d?une filière européenne du PV 79 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? E. Des opportunités non négligeables pour certains marchés « de niche » Si le déploiement d?une activité industrielle de modules PV « standards » s?inscrit dans un marché de très forte compétitivité, le contexte est différent pour les marchés dits de « niche ». Ces derniers sont pour certains loin d?être négligeables et peuvent représenter de réelles opportunités pour des acteurs français et européens. Le plus important est celui du BIPV (« building-integrated photovoltaics »), le photovoltaïque intégré au bâtiment. De nombreuses niches existent, par ailleurs, dans le domaine du PIPV (« Product integrated PV »). Ce dernier ne sera cependant pas traité ici car il renvoie davantage à l?autonomisation de composants (exemple : portails, volets, chargeurs) qu?à la production d?électricité. 1. LE PHOTOVOLTAÏQUE INTÉGRÉ AU BÂTIMENT (BIPV) Le BIPV se décompose en 2 grandes familles : les composants pour toiture et les composants pour façades. Le potentiel de déploiement est immense et le développement de ce secteur est attendu depuis 10 ans. Néanmoins, il ne progresse que lentement en raison des craintes du secteur du bâtiment vis-à-vis de telles installations et de la complexité qu?elles apportent à un projet de bâtiment tant au niveau de la conception que de la réalisation. Ainsi, la tarification très favorable instaurée pendant quelques années (jusqu?à 62 cts/kWh autour des années 2010) n?a pas permis le développement d?un tissu industriel conséquent et pérenne. La prochaine réglementation thermique du bâtiment (E+/C-) devrait permettre d?accélérer le développement du BIPV en France puisqu?elle prévoit « une bonification à la production d?énergie ». De plus, du fait de la baisse du prix des cellules, il devient donc possible de développer des « composants bâtiment PV pour toits ou façades » à prix similaires à d?autres composants d?enveloppe du bâtiment (toits en ardoise ou façades ventilées par exemple). L?intégration de PV sur les nouvelles constructions devrait petit à petit se généraliser. Pour la rénovation, elle est plus délicate et peut se faire sous forme BAPV (« Building applied PV »). Ce terme désigne le PV en surimposition et contrairement à l?intégration complète, elle n?implique pas de faire partie intégrante de l?enveloppe. Des solutions complémentaires existent telles des vérandas ou des abris voitures solaires. Aujourd?hui, quelques acteurs français existent sur ces marchés : Systovi assemble ainsi des modules standards pour toiture ou des modules hybrides PV et thermique tandis que les deux autres acteurs principaux du BIPV, Dualsun et GSE, achètent directement les modules. Edilian (anciennement Imerys) et Akuo Energy en partenariat avec Sunstyle (producteur situé en Suisse) sont quant à eux positionnés sur le segment de la tuile solaire qui permet de concilier la production d?électricité PV avec les exigences liées à l?esthétique des bâtiments. 2. LE VIPV: «VEHICLE INTEGRATED PV» Le marché du VIPV est potentiellement très important mais difficile à estimer. Jusqu?à récemment, la plupart des constructeurs accordait peu d?attention au PV car ce dernier produit peu en regard des besoins des véhicules. Cependant, progressivement, de plus en plus de constructeurs (au Japon, en Allemagne, en France, en Chine?) s?y intéressent et certains modèles commencent à intégrer le PV, comme la Toyota PRIUS hybride qui possède un pavillon entièrement PV. En Allemagne, un « spinoff » de BMW a conçu et commercialise des voitures dont toute la carrosserie intègre des cellules en silicium cristallin. 80 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 3. LES MODULES LÉGERS ET NOMADES POUR LE DOMAINE MILITAIRE ET POUR LE TOURISME Le domaine militaire et le tourisme ont besoin de moyens de production d?énergie mobiles facilement transportables et déployables. Ils constituent une véritable opportunité car ils nécessitent des produits et systèmes spécifiques : les marges commerciales sont donc a priori plus intéressantes que pour le marché standard. A titre d?exemple, 2CA fabrique des modules légers (OPERASOL) conçus initialement pour les applications militaires mais pouvant être adaptés à d?autres usages notamment tout le marché « nomade » (camping-car, tourisme, vélo?). 4. LES « ROUTE SOLAIRES » De très grandes surfaces sont goudronnées sans pour autant être soumises à de nombreux roulages. Elles pourraient être un support pour le PV sans empiéter sur les surfaces agricoles : pistes cyclables, certaines zones de parking... Elles nécessitent des produits spécifiques pour répondre aux sollicitations mécaniques et avoir des propriétés antidérapantes. Wattway du groupe Colas utilise ainsi des modules spécifiques produits par SNA pour route solaire et des passages piétons solaires éclairés par LED la nuit. 5. LE PV FLOTTANT AVEC MODULES DÉDIÉS Aujourd?hui, ce sont des modules standards qui sont utilisés pour les installations de PV flottant. Mais demain, on pourrait imaginer des modules plus adaptés à l?environnement spécifique des plans d?eau, notamment des modules semi-transparents qui auraient un moindre impact sur la flore et la faune lacustres. 81 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? VI. Recommandations 82 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le fort développement du photovoltaïque attendu dans les années à venir va mobiliser davantage de matières premières minérales dont certaines, comme le silicium métal, sont aujourd?hui considérées comme critiques par l'Union européenne. D?autres peuvent polluer les milieux par leur toxicité, en particulier lorsque les processus métallurgiques associés sont situés dans des pays où ces activités sont peu encadrées et maîtrisées. Enfin, la transformation de ces minerais en matières premières peut être fortement émettrice de gaz à effet de serre, en particulier lorsque le mix énergétique utilisé est à dominante de pétrole et/ou de charbon. Ces enjeux « matières » sont d?autant plus importants à prendre en compte que les matériaux entrant dans la composition des panneaux, une fois ceux-ci arrivés en fin de vie, ne sont pas tous récupérés (à l?exemple de l?argent ou même du silicium), et lorsqu?ils le sont, se retrouvent sous une forme dégradée qui se substitue à des matières premières de faible valeur (utilisation du verre en sous-couche routière par exemple). Des leviers existent pour réduire les conséquences du déploiement du photovoltaïque sur les ressources minérales et améliorer son bilan environnemental, déjà très positif par rapport aux énergies fossiles. L?amplitude de la réduction, en valeur absolue, dépend de la part que le photovoltaïque représente et représentera dans la consommation de ces ressources. L?évolution de la demande des autres secteurs consommateurs sera également déterminante dans la maîtrise (ou non) des risques économiques, environnementaux et sanitaires associés à ces matières. Une augmentation concomitante de la demande d?une matière par plusieurs secteurs augmente considérablement les risques pesant sur cette matière. La probabilité d?une telle évolution est élevée pour certains métaux comme le cuivre. Celui-ci fera l?objet d?une attention particulière dans le deuxième rapport d?étape portant sur le stockage stationnaire et les réseaux, prévu pour mi-2020. Des opportunités industrielles ont été identifiées en cohérence avec la nécessité de réduire les impacts du déploiement du photovoltaïque sur la consommation de matières minérales. Ceci implique le déploiement d'une filière photovoltaïque bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques, et d?excellence environnementale. Les propositions ci-dessous s'inscrivent dans ce cadre. Elles se structurent autour de quatre axes : ? mieux gérer les approvisionnements ; ? développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés ; ? garantir le déploiement, sur le sol français, d?un PV à haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques ; ? favoriser le développement industriel en France / Europe d?une filière PV de haute performance environnementale, bas carbone et à faible impact. A. Mieux gérer les approvisionnements Le risque direct sur la disponibilité des ressources minérales pour la production des modules apparaît limité, pour les industriels français comme pour ceux de l'Union européenne en général du fait d?un approvisionnement principalement sous la forme de produits finis et semi-finis (cellules, modules, cadre d?aluminium, pâte d?argent métallique?). Ce constat exclut les ressources minérales contenues dans les composants tels que les onduleurs et les câbles qui, bien qu?éléments constitutifs d?une installation photovoltaïque, n?ont pas été étudiés dans le présent rapport. Ils le seront dans le prochain rapport, qui portera sur les réseaux et le stockage stationnaire. Bien entendu, des risques indirects ne sont pas exclus tant pour l?équipement de la France que pour celui de l?Union européenne (par exemple pour l?argent). En outre, les acteurs industriels français, de petite taille, sont dépendants du quasi-monopole asiatique et notamment chinois pour la partie matériaux et composants, et sont donc exposés à des retards ou des défaillances dans les livraisons, avec des difficultés à trouver rapidement d'autres fournisseurs. 83 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Néanmoins pour des raisons éthiques et économiques (perte de réputation), il devient de plus en plus difficile de se désintéresser de l?origine des ressources minérales qui entrent dans la composition des produits finis et semi-finis qu?on importe. La gestion de ce risque est d?autant plus complexe que la traçabilité des ressources minérales qui entrent dans la composition des produits finis et semi-finis importés est difficile à établir, notamment car la chaîne de valeur du PV est mondialisée. Le meilleur moyen d?assurer un approvisionnement responsable est de produire les matières premières primaires et secondaires sur le territoire national. Ces questions seront abordées dans le rapport n°3 sur la mobilité bas carbone (dont les travaux débuteront mi- 2020) et dans le rapport final de synthèse (prévu en 2021) qui servira de base à l?élaboration du plan de programmation des ressources minérales de la transition bas carbone. À court terme, des tensions sur l'argent peuvent se présenter. L?argent est utilisé dans de nombreux secteurs industriels, ses propriétés de conductivité thermique et électrique étant très appréciées. Une vigilance à moyen/long terme est nécessaire pour suivre les innovations qui ajouteraient de nouveaux usages ou celles qui en supprimeraient. Une meilleure connaissance de la nature des besoins industriels et de l?offre actuelle (métal et sels d?argent) serait utile pour anticiper les éventuels risques d?approvisionnement et favoriser une croissance de l?offre européenne, primaire et secondaire. La production secondaire issue du recyclage des métaux ne fait pas l?objet de rapportage systématique. Un recensement de cette production, au même titre que la production primaire, améliorerait la transparence des industries de recyclage et permettrait aux utilisateurs européens d?identifier des sources européennes de production. Pour le silicium métal, il s'agit : ? de suivre et de veiller à l'adéquation des capacités industrielles de production de polysilicium à l?évolution des besoins, qui est très rapide ; ? de suivre l'impact de la demande de polysilicium sur la ressource « silice », tous les gisements de quartz n'étant pas adaptés à la qualité requise pour la production de polysilicium. En outre, les réserves de quartz de haute pureté, bien que supposées abondantes sont mal connues. Dans l?optique d?une relocalisation des étapes amont de la chaîne de valeur de production des panneaux, une attention particulière pourrait être portée aux gisements européens. Par ailleurs, ce suivi doit intégrer le secteur de la microélectronique, en pleine croissance, et qui lui aussi a des besoins, bien que très inférieurs en volume, en polysilicium de très haute pureté. Recommandation 1 Dans le cadre des travaux du Comité des métaux stratégiques : ? approfondir les connaissances sur l?offre actuelle en argent (métal et sels) ainsi que les usages industriels et la forme sous laquelle l?argent est consommé (métal ou sels) pour favoriser des opportunités de production en Europe. Y intégrer un suivi à moyen et long terme des innovations susceptibles d'ajouter un nouvel usage à l'argent ; ? améliorer la connaissance des ressources et des réserves de silice adaptée à la production de polysilicium pour répondre aux besoins des secteurs du solaire et de la micro- électronique. Porter une attention particulière aux gisements européens. Recommandation 2 Intégrer le sujet de la production d?argent secondaire et plus généralement de la production des métaux de recyclage dans l?enquête annuelle de production de l?INSEE. 84 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? B. Développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés 1. FAIRE DE L?ÉCOCONCEPTION UN AXE DE DIFFÉRENCIATION VERTUEUSE DES PRODUITS « MADE IN FRANCE / EUROPE » Du fait de la courbe exponentielle de croissance du PV, il est urgent de développer des solutions permettant de minimiser les impacts environnementaux des modules PV, depuis l?extraction des matières premières jusqu?à la gestion de la fin de vie des panneaux. La diminution de la quantité de matières par module, l?utilisation de matières à moindre impact environnemental, le développement d?un recyclage des modules de haute valeur ajoutée constituent des leviers clés pour améliorer le bilan environnemental du photovoltaïque. L?écoconception est au coeur de ces enjeux et doit permettre de renforcer le bilan carbone positif du PV, notamment par rapport aux énergies fossiles. Or, aujourd?hui, dans un contexte de très forte compétitivité, les travaux de développement et d?innovation des entreprises industrielles et des instituts de recherche-développement sont essentiellement focalisés sur l?optimisation du rendement et la réduction des coûts. Pour réduire les impacts environnementaux associés au prélèvement sur les ressources minérales, la filière doit s?appuyer sur la recherche afin d?établir, à chaque étape du cycle de vie, un cahier des charges pertinent dont les piliers seraient - outre l?économie des ressources -, la limitation des matières toxiques et des impacts des procédés de fabrication, l?utilisation de procédés d?assemblage qui garantissent la séparation des matériaux en fin de vie (sans dégrader la fiabilité et la solidité des équipements), car cette séparation favorise un recyclage de haute valeur ajoutée et la récupération de matières non valorisées actuellement, comme l?argent et le silicium solaire. L?identification de voies de différenciation environnementale compétitives, assises sur ces principes, implique des travaux de recherche et des synergies entre les acteurs industriels et les acteurs de la recherche. L?élaboration de cahiers des charges pourrait s?inscrire dans le cadre de la mise en oeuvre de la feuille de route sur le photovoltaïque, en cours de finalisation par le CSF « Industries des nouveaux systèmes énergétiques ». Ces travaux pourraient servir de base à la création d?un écolabel français sur le PV et/ou alimenter les travaux européens dans le cas où la création d?un écolabel européen et/ou d?un règlement européen sur l?écoconception du système PV, en cours d?investigation, serait actée par la Commission européenne. Une étude a en effet été lancée par la Commission européenne pour évaluer la faisabilité et la pertinence de la mise en place, au niveau européen, d?instruments pour orienter le marché vers des systèmes photovoltaïques plus vertueux sur le plan environnemental. La création d?un règlement d?application de la directive écoconception sur le photovoltaïque et d?un écolabel européen en font partie. L?étude, menée par le Joint Research Center, devrait également donner des lignes directrices sur les critères d?écoconception à privilégier. Les premiers résultats laissent à penser qu?en l?absence d?une forte mobilisation des parties prenantes publiques et privées, ces initiatives européennes manqueront vraisemblablement d?ambitions, ce qui rend plus important encore une démarche française. Recommandation 3 Lancer des travaux pour établir un cahier des charges « écoconception PV » (module, onduleur, systèmes) dont les piliers seraient : ? la limitation de l?usage des ressources (y compris énergétiques) ; ? la limitation des impacts des procédés de fabrication (efficacité énergétique, consom- mation d?eau ?) et des matériaux toxiques ; ? l?utilisation de procédés d?assemblage permettant de garantir la séparation des matériaux en fin de vie, la fiabilité et la durabilité. Ces travaux, qu?il conviendra d?articuler avec ceux en cours au niveau européen, pourraient être pilotés par l?Ademe et s?inscrire dans le cadre des travaux du CSF "Industrie des nouveaux systèmes énergétiques". 85 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? 2. TROUVER ET DIFFUSER DES SOLUTIONS INDUSTRIELLES POUR UN RECYCLAGE PERFORMANT DES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES EN FIN D?USAGE Dotée depuis 2015 d?un éco-organisme en charge de la collecte et du traitement des panneaux photovoltaïques, la filière affiche un taux élevé de recyclage et de valorisation (de l?ordre de 90 %), caractérisé néanmoins par des applications de très faible valeur ajoutée : en effet, la déconstruction des panneaux ne permet d?accéder qu?à l?aluminium, au verre et au cuivre, mais pas au silicium et à l?argent. La forte croissance des besoins en matières liées au déploiement du PV et l?importance du gisement de panneaux PV usagés à venir exigent de trouver des solutions industrielles innovantes pour récupérer les matières qui présentent des enjeux d?approvisionnement (silicium et argent) et un fort potentiel de réduction de l?empreinte environnementale (silicium solaire). Ces matières sont à traiter dans des applications de haute valeur ajoutée. Le verre solaire, aujourd?hui valorisé en sous-couches routières, doit également trouver des débouchés à meilleure valeur ajoutée. Certains acteurs industriels français sont particulièrement engagés. Des solutions sont à l?étude pour le recyclage du verre solaire et le recyclage performant du silicium et de l?argent. Pour inciter les acteurs du recyclage à s?engager en ce sens, l?intégration d?objectifs de recyclage pour le silicium et l?argent devrait être discutée au niveau européen lors de la prochaine révision de la directive DEEE, qui pourrait avoir lieu en 2024 (la directive DEEE venant en effet d?être révisée). La même question se pose pour le cadmium et le tellure utilisés dans les technologies CdTe. La France pourrait profiter de sa présidence du Conseil de l?Union européenne, en 2022, pour initier, auprès de la Commission européenne, l?étude d?évaluation à mi-parcours de la mise en oeuvre de la directive DEEE, préalable indispensable à toute décision de révision. Au regard du potentiel, à terme, du marché du recyclage des panneaux photovoltaïques (des dizaines de millions de tonnes de panneaux d?ici 2050), les acteurs industriels français et européens ont intérêt à se positionner sur des technologies de valorisation innovantes afin de se préparer aux enjeux des filières au niveau mondial. Le maintien du tissu industriel de recyclage en Europe (et du tissu industriel en général) nécessitera aussi de mettre en place les procédures nécessaires pour éviter le rachat par des firmes étrangères (et notamment chinoises) des PME innovantes françaises et européennes. 3. ÉVALUER LA PERTINENCE DE DÉVELOPPER ET DIFFUSER DES SOLUTIONS INNOVANTES DE RECYCLAGE DES DÉCHETS INDUSTRIELS (KERF ET LIQUIDE DE DÉCOUPE) Au-delà de l?écoconception, d?autres voies ont été identifiées pour améliorer le bilan environnemental du photovoltaïque. Le recyclage des pertes industrielles de matières (kerf) et celui du liquide de découpe présentent des opportunités de réduction de la consommation de silicium métal primaire et d?énergie pour le premier, et de l?émission de rejets polluants dans le milieu pour le second. Il existe aujourd?hui des pistes permettant d?envisager le recyclage sur site du kerf. Dans la mesure où la production de kerf est principalement localisée en Asie, la diffusion de cette innovation ne profitera aux entreprises françaises que si les activités de découpe des lingots se relocalisent sur le territoire européen. 4. ASSURER LA TRAÇABILITÉ DES MÉTAUX LOURDS PRÉSENTS EN QUANTITÉ SIGNIFICATIVE DANS LES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES EN FIN DE VIE La toxicité du tellurure de cadmium est mal connue et n?est devenue que récemment un sujet d?intérêt pour les toxicologues, du fait notamment de la multiplication des panneaux solaires utilisant cette substance. Des études récentes semblent confirmer que la surface proportionnellement beaucoup plus réactive du tellurure de cadmium pur, quand il est présent sous forme de nanoparticule, le rend plus toxique. Même si, correctement encapsulé, le tellurure de cadmium utilisé dans les procédés de fabrication est supposé inoffensif tant qu?il reste au 86 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? coeur du module, son comportement, au moment de la gestion et du recyclage des panneaux CdTe, gagnerait à être mieux connu. La France est particulièrement concernée car les panneaux CdTe représentent une part plus importante du marché qu?au niveau mondial. Actuellement, les panneaux CdTe usagés sont collectés puis envoyés dans une usine en Allemagne, le gisement actuel étant insuffisant pour justifier la construction d?une unité de traitement en France. Cela pourrait néanmoins changer à moyen terme si les panneaux CdTe maintenaient leur part de marché en France. Enfin, le meilleur moyen pour éviter que le tellurure de cadmium ne se répande dans l?environnement est de le recycler. À l?image des objectifs de recyclage de la directive sur les piles et accumulateurs au titre de l?écotoxicité, des objectifs de recyclage portant spécifiquement sur cette matière potentiellement toxique pourraient être intégrés dans les travaux de la prochaine révision de la directive DEEE. La fixation d?un tel objectif, même non quantitatif, permettrait d?assurer un rapportage sur cette substance et d?en améliorer la traçabilité. Recommandation 4 Pousser à ce que la fixation d?objectifs de recyclage portant sur les matières critiques utilisées dans les cellules PV (silicium, argent, tellure) soit intégrée dans les travaux de la directive DEEE, lors de sa prochaine révision au niveau européen. Faire de même pour le cadmium, à l?image des exigences fixées par la directive européenne sur les piles et les accumulateurs. Évaluer la faisabilité et l?intérêt d?affiner les objectifs de recyclage dans ce même cahier des charges. Recommandation 5 Soutenir la recherche, le développement et le passage à l?industrialisation de procédés de recyclage de haute valeur ajoutée des panneaux en fin d?usage et protéger les acteurs industriels français et européens porteurs d?innovation en ce domaine en mobilisant, si nécessaire, le système de protection des PME à caractère stratégique. Évaluer la pertinence de soutenir les mêmes activités pour le recyclage des déchets industriels, comme le liquide de découpe et le kerf, les autres déchets de polysilicium (chutes et casses étant déjà largement recyclées). Recommandation 6 Réaliser une étude pour évaluer les risques encourus lors de la gestion des panneaux CdTe usagés, déterminer s?ils présentent ou non un caractère de dangerosité et, au regard des conclusions, recommander les traitements les plus pertinents et les prescriptions associées. 5. IDENTIFIER LES LEVIERS D?ACTIONS PERTINENTS POUR LUTTER CONTRE LE RENOUVELLEMENT ANTICIPÉ DES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES On considère généralement que la durée de vie d?un panneau est d?une trentaine d?années. En effet, le rendement énergétique des panneaux photovoltaïques est garantie par les constructeurs pour une durée allant de 20 à de 30 ans76. Au-delà de cette durée, les panneaux continuent à fonctionner mais avec un rendement énergétique qui n?est plus garanti par le constructeur. Cependant, certains facteurs sont susceptibles de conduire à renouveler les panneaux avant cette durée de 30 ans. Plusieurs facteurs pourraient expliquer une telle différence entre durée de vie théorique et durée réelle d?usage : amélioration des performances des panneaux, en particulier du rendement énergétique, évolution des coûts des modules, pannes et défauts de fonctionnement, durée des contrats (20 ans) conclus dans le cadre des appels d?offres, faible niveau de l?éco-contribution77. 76 La garantie « produit » a, en général, une durée différente, bien plus courte (quelques années). 77 Ce faible niveau de l?éco contribution actuelle s?explique par le décalage entre la date de mise sur le marché du produit et la date de sa fin de vie. Au fur et à mesure que la quantité de panneaux photovoltaïques en fin de vie augmentera, le niveau de l?éco- contribution augmentera. 87 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? L?allongement de la durée d?usage des panneaux est un levier significatif pour améliorer le bilan environnemental du photovoltaïque : en effet, avec une même quantité de ressources extraites du sol (et donc avec les mêmes impacts environnementaux associés), on produit davantage d?électricité et dans le même temps, la quantité de déchets produite est réduite. Il est donc nécessaire d?avoir davantage d?informations sur la durée réelle d?usage des panneaux et de ses principaux déterminants. Ceci permettra ensuite d?identifier les leviers pour allonger la durée d?usage des panneaux et d?en déterminer les coûts et bénéfices associés afin d?en évaluer la pertinence. En France, la quasi-intégralité des projets de centrales PV s?est fait dans le cadre du soutien public via le mécanisme des appels d?offres du ministère de la Transition écologique. La durée des contrats permet de garantir une durée minimale d?usage des panneaux, déjà longue, de 20 ans78. La comparaison de la situation française avec celle d?autres pays, notamment ceux où se sont développés des projets sans soutien public, permettrait, entre autres, d?identifier le rôle joué par les conditions des contrats (par exemple la durée du soutien financier public). Recommandation 7 Réaliser une étude sur la durée d?usage des panneaux, en y intégrant un volet parangonnage, afin d?identifier ses principaux déterminants. Identifier les leviers d?actions pour allonger la durée d?usage des panneaux et déterminer les coûts et les bénéfices (y compris environnementaux) associés pour en évaluer la pertinence. 6. ANTICIPER LES BESOINS EN FONCIER LIÉS AU DÉPLOIEMENT DU PHOTOVOLTAÏQUE POUR MIEUX EN MAÎTRISER LES IMPACTS Le déploiement du photovoltaïque en France va se traduire par une augmentation de la capacité PV installée sur les sols et donc par un risque de concurrence d?usage des sols, notamment agricoles. Si ce risque est inexistant pour les centrales au sol soutenues dans le cadre du dispositif des appels d?offres du ministère de la Transition écologique (critère de conditionnalité des soutiens), il est bien réel pour les installations qui ne demandent pas de soutiens financiers. Or, au-delà d?une certaine puissance installée, le photovoltaïque devient une source de production d?électricité de plus en plus compétitive. Cette évolution, tout à fait souhaitable dans le contexte de la lutte contre le changement climatique, réduit les moyens de contrôle des pouvoirs publics sur la localisation des centrales (voir partie IV, chapitre D, paragraphe 6). Le potentiel de 53 GWc que représentent au niveau national les zones délaissées et artificialisées propices à l?installation de centrales photovoltaïques (voir étude Ademe, 2019) pourrait paraître rassurant si ce potentiel ne correspondait pas, dans la grande majorité des cas, à des sites d?une surface relativement modeste (70 % des sites présentent un potentiel compris entre 0,5 et 2,5 MWc). Les résultats de cette étude semblent montrer que l?implantation de centrales photovoltaïques au sol de très grande capacité se traduira par une concurrence avec les usages agricoles et les espaces naturels, qu?il est essentiel d?anticiper pour les minimiser. Les documents d?urbanisme permettent déjà une telle anticipation. Parallèlement, les impacts environnementaux sur les milieux liés au développement du solaire flottant demandent à être précisés rapidement, afin de déterminer dans quelle mesure et à quelles conditions les surfaces en eau (dont les masses d?eau artificielles) constituent un moyen pour relâcher la pression sur le foncier engendrée par le déploiement du photovoltaïque. 78 Le remplacement des panneaux avant le terme de ce contrat (sauf en cas de dysfonctionnements avérés des panneaux) entrainerait la rupture du contrat et obligerait le propriétaire de la centrale PV à rembourser l?intégralité des aides reçues depuis le début du contrat. 88 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Recommandation 8 Évaluer, au-delà du gisement relatif aux zones délaissées et artificialisées, le gisement relatif au foncier de l?État propice à l?implantation de centrales photovoltaïques. Diffuser largement, auprès des porteurs de projet et des services déconcentrés de l?État, le guide sur l?instruction des demandes d?autorisations d?urbanisme pour les centrales solaires au sol, élaboré par le ministère de la Transition écologique et le ministère de la cohésion des territoires et des relations avec les collectivités territoriales. C. Garantir le déploiement, sur le sol français, de technologies PV de haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques En France, le dispositif de soutien au photovoltaïque, qui fait appel au mécanisme d?appels d?offres du ministère de la Transition écologique (installations PV au-delà de 100kW), comporte, dans sa grille de notation, un critère carbone qui peut compter jusqu?à 30 % de la note finale. C?est un dispositif unique dans l?Union européenne. Seule la Norvège l?a mis en place, dans la perspective de pouvoir offrir un avantage comparatif aux acteurs industriels norvégiens. Ce critère carbone constitue une incitation pour réduire le contenu carbone des modules PV en France, soit en privilégiant l?utilisation de modules couches minces CdTe, soit en recherchant les sources d?approvisionnement des différents composants des modules les moins consommatrices d?énergie pour leur production (Norvège, Taïwan, États-Unis, France?). Le bilan carbone des appels d?offres est basé sur un « bilan carbone simplifié ». Le dispositif actuel d?évaluation du critère carbone pourrait être amélioré pour sélectionner, de façon effective, les projets présentant les bilans carbone les plus performants. Par ailleurs, ce bilan carbone simplifié ne prend en compte ni le cadre du module ni le transport final du module jusqu?à la centrale PV. Composé de métaux (aluminium, acier), le cadre peut représenter jusqu?à 15 % de la masse du module. La production de ces métaux est énergivore, ce qui peut, selon le mix énergétique du pays de production, conduire à des émissions de GES significatives. Le poids du cadre dans le bilan carbone du module n?est donc pas négligeable. Par ailleurs la production d?aluminium et d?acier français bénéficie d?un mix bas carbone qui pourrait profiter à un déploiement PV bas carbone. Concernant le transport final, les évaluations varient fortement et il semble aujourd?hui nécessaire d?avoir de plus amples informations sur la part de ce transport dans le bilan carbone total du module. Pour s?assurer de la pérennité du dispositif bas carbone mis en place dans les appels à projet, il conviendrait de se mobiliser très rapidement pour orienter les travaux européens engagés par la Commission européenne sur l?écoconception des systèmes PV (voir recommandation 3). En effet, dans le cas où des travaux seraient lancés par la Commission européenne pour l?élaboration d?un règlement sur l?écoconception des systèmes PV et/ou un écolabel européen, les critères de sélection des appels d?offres PV du ministère de la Transition écologique devront être a minima cohérents avec ceux retenus dans les instruments de régulation européens. En outre, dans la mesure où les installations PV sont amenées à se développer dans les années à venir, il serait utile de mettre en place des outils qui favorisent leur acceptabilité sociale comme par exemple l?affichage d?un contenu local. Ce contenu local pourrait être intégré dans le cahier des charges des appels d?offres du ministère de la Transition écologique sous la forme d?un indicateur à produire par les candidats sur la base du volontariat. Aujourd?hui, pour les étapes de fabrication des modules les plus énergivores, les candidats aux appels d?offres n?utilisent pas les valeurs standardisées de l?évaluation carbone simplifiée, mais des valeurs déterminées par ACV qui doivent être validées par l?Ademe en partenariat avec 89 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Certisolis (organisme de certification du secteur du PV) et le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB). Afin de s?assurer de la conformité de ces valeurs à la réalité des processus industriels, le pouvoir de contrôle (demande de preuves par exemple) de ces organismes pourrait être renforcé. Par ailleurs, les contrôles a posteriori, effectués sur les centrales effectivement installées, pourraient être renforcés afin d?écarter tout risque de fraudes (par exemple, contrôle sur place avec vérification des certificats des sites de production des composants du module, échantillonnage et essai). L?effectivité du critère carbone s?en trouverait ainsi améliorée. Recommandation 9 Participer activement aux travaux européens sur l?écoconception des systèmes PV. Pour favoriser l?acceptabilité sociale des centrales photovoltaïques, en particulier aux sols, favoriser le développement, en France, d?un affichage du contenu local des projets PV sur la base du volontariat. S?appuyer sur les travaux en cours du CSF « Industrie des nouveaux systèmes énergétiques ». Concernant le bilan carbone simplifié du module : ? engager des travaux pour intégrer le cadre du panneau dans le bilan carbone simplifié du module ; ? évaluer, en vue d?une éventuelle intégration, la part que pourrait représenter le transport final du module jusqu?à la centrale PV ; ? renforcer le caractère discriminant du dispositif d?évaluation du critère « carbone » dans le cahier des charges des appels d?offres de telle sorte à donner un avantage réel aux projets les plus exemplaires en termes d?empreinte carbone. Recommandation 10 Renforcer le pouvoir de contrôle des organismes chargés de contrôler les valeurs des ACV fournies par les candidats aux appels d?offres. Renforcer les contrôles post-installation, avec, par exemple, la mise en place de contrôle sur place réalisé par un organisme indépendant et agréé, pour écarter tout risque de fraude et garantir l?effectivité du critère carbone. D. Favoriser le développement industriel en France/Europe d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone Le développement d?une filière PV bas carbone et de haute performance environnementale est un impératif pour maximiser les bénéfices du déploiement du PV au niveau mondial, et en Europe, et plus particulièrement en France (faible intensité carbone du mix électrique), pour l?inscrire en cohérence avec les objectifs climatiques. Cet impératif peut constituer une opportunité pour relocaliser en Europe toute ou partie de la filière du PV. Elle permettrait de créer de la valeur ajoutée et davantage d?emplois qualifiés. Forte de son mix électrique très bas carbone et de la robustesse de son réseau de laboratoires de recherche, la France pourrait développer des activités sur l?amont de la filière PV (lingots et wafers), ainsi que, sur l?aval, dans des produits PV dits de niches présentant une réelle opportunité de marché, par exemple pour le bâtiment (et plus globalement l?environnement bâti), la mobilité, les applications nomades. 90 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? La création d'une filière européenne du photovoltaïque est inscrite dans les actions du comité stratégique de filière sur les énergies nouvelles. Elle n?est réaliste qu?avec une forte implication des pouvoirs publics et des industriels car, pour être mise en place et perdurer, un ensemble de conditions doivent être remplies : ? des acteurs industriels européens fédérés autour d?objectifs partagés de développement d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone ; ? la mise en place d?un cadre de régulation européen favorable au déploiement d?une filière industrielle européenne du PV. Cette étape est fondamentale pour asseoir la confiance des industriels, préalable indispensable à leur engagement dans tout projet industriel. Il s?agit d?accorder un avantage au « made in Europe » en intégrant un critère « contenu local », ou, à défaut, un « critère carbone » dans les appels d?offres mettant en concurrence les porteurs de projet de centrales. Un tel mécanisme permettrait de maintenir une concurrence par les prix, indispensable pour préserver une dynamique d?innovation. Sa mise en place se justifierait au regard de l?intensité énergétique des étapes amont de la production des modules photovoltaïques et du mix énergétique plus favorable en Europe. En l?absence de critère carbone généralisé à l?échelle de l?UE, sera favorisée de fait la production chinoise, certes à prix compétitif, mais à plus haut coût environnemental ; ? l?octroi du statut de « projet important d?intérêt européen commun » (« Important project of common european interest », ou IPCEI). En effet, au regard des capacités d?investissement de la Chine et de sa stratégie industrielle volontariste (subventions massives, taxes sur les importations?), il ne sera pas possible de faire émerger une filière industrielle européenne du PV sans un soutien massif des pouvoirs publics (à l?instar de la Norvège), sous la forme notamment de subventions d?investissement. Or, le versement de subventions nationales à un secteur concurrentiel n?est possible que dans le cadre des IPCEI ; ? le maintien du tissu de laboratoires de recherche, l?innovation restant un élément déterminant de compétitivité dans les années à venir, y compris sur le recyclage industriel et en fin de vie. Or, ce maintien sera difficile en l?absence d?industriels sur le territoire ; ? la comparaison du coût moyen du kWc installé « made in Europe », avec celui, inférieur, du kWc « made outside Europe ». S?il est impossible aujourd?hui d?évaluer l?ampleur ou l?impact potentiel du coût au kWc d?une filière européenne sur la vitesse du déploiement du PV, cette évaluation est un prérequis à toute décision sur un tel projet. Recommandation 11 Évaluer l?impact de la mise en place d?un « contenu local » ou de la généralisation d?un « critère carbone » dans les critères des appels d?offres au niveau français et européen sur : ? le prix du PV et sa vitesse de déploiement associé ; ? le contenu carbone des modules ; ? la répartition par technologies. Recommandation 12 Identifier des objectifs susceptibles de fédérer les acteurs industriels européens dans le domaine du PV et soutenir, au niveau européen, la mise en place des outils réglementaires et incitatifs cohérents avec ces objectifs. L?intégration d?un critère « bas carbone » dans les appels d?offres est une piste à privilégier compte tenu de la faible intensité carbone du mix électrique européen. OEuvrer au niveau européen pour faire reconnaître un projet de filière industrielle européenne de PV comme « important project of european common interest », garantissant la possibilité de subventionner ce secteur. Faire reconnaître le droit et l?intérêt de la mise en place d?un « contenu européen » dans les critères des appels d?offres visant le déploiement du PV de sorte à garantir dans la durée la possibilité de subventions aux projets. À défaut, pousser pour étendre à l?Union européenne le dispositif français de prise en compte du bilan GES dans les objectifs de déploiement du PV. 91 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Recommandation 13 Orienter massivement la recherche vers le développement de produits PV respectueux du climat, de l?environnement et des ressources naturelles, y compris pour les nouvelles générations de technologies PV dont certaines semblent aujourd?hui particulièrement prometteuses (cellules à base de pérovskite, cellules multijonctions) et assurer le maintien des compétences R&D nécessaires au développement de nouvelles technologies pour les secteurs stratégiques (spatial, aéronautique, défense) et pour accompagner les nouvelles filières (drones, automobile électrique et avion électrique). Recommandation 14 Pour rendre possible un déploiement PV de haute qualité environnementale et bas carbone, et ce, même en l?absence de développement d?une filière européenne avec des acteurs européens : ? développer la valorisation des compétences développées en R&D en maximisant le retour financier, par exemple sous la forme d?un transfert des technologies vers des acteurs non européens pour des implantations d?usine en Europe à travers la mise en place de critères de conditionnalités bas carbone ou contenu européen. En l?absence d?industriels en France et en Europe, les compétences développées en R&D sont néanmoins amenées à disparaître à plus ou moins brève échéance ; ? porter les enjeux associés au développement de produits de haute performance environnementale et bas carbone dans les instances internationales pertinentes (G7, G20, OCDE). Il s?agirait notamment de pousser les acteurs publics et privés à prendre conscience des enjeux environnementaux liés au développement du PV, des leviers pour les réduire, et de partager les bonnes pratiques en vue de susciter des initiatives visant à améliorer le bilan environnemental de ce secteur. Une telle initiative pourrait être particulièrement pertinente dans le cas où des travaux ambitieux sur l?écoconception des systèmes PV seraient engagés au niveau européen. 92 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? GLOSSAIRE Intermittence : caractère variable, discontinu et non programmable de la production d?énergie par certaines énergies renouvelables du fait de leur dépendance aux conditions météorologiques et au cycle jour/nuit. Dans la mesure où l?énergie électrique se stocke mal (du moins jusqu'à présent), il est indispensable, pour assurer l'équilibre du réseau, qu?à tout moment, la quantité d?électricité produite soit égale à la quantité d?électricité consommée. Le facteur dimensionnant pour le réseau électrique n?est donc pas la quantité d?électricité produite sur une période donnée, mais la puissance maximale qu?il est capable de fournir, qui doit être à tout moment supérieure à la puissance appelée par les consommateurs d?électricité. Kerf79 : poudre pulvérulente issu de la découpe des lingots du polysilicium. Matière première critique : sont considérées comme critiques les matières premières caractérisées par un risque d?approvisionnement et une importance économique élevés. Passivation : procédé qui supprime ou diminue l?activité électrique de surface en évitant la capture de charges électriques. La passivation peut saturer les liaisons non satisfaites (liaisons pendantes) ou créer, à la surface, une zone chargée électriquement qui repousse les porteurs de charge du signe opposé. Puissance d?un panneau : puissance électrique maximale fournie dans des conditions de température et d?ensoleillement standard. S?exprime en Watt-crête (Wc). Ressource solaire : correspond à la quantité d?énergie solaire reçue : celle-ci dépend des saisons, de la nébulosité du ciel, de l?heure de la journée, du lieu géographique (position par rapport à l?équateur notamment), de l?orientation et de l?inclinaison du panneau. Le rayonnement solaire en France est en moyenne de 1 450kWh/m2 et par an. L?énergie produite par un système PV dépend de sa localisation, mais on estime en moyenne, pour un kWc, l?énergie produite sur une année à 1 200 kWh. A titre de comparaison, la consommation moyenne d?un foyer français est de l?ordre de 5 000 kWh. Tracking : dispositif qui permet au panneau de pivoter en fonction du mouvement du soleil. Watt_heure (Wh) : quantité d?énergie consommée ou fournie par un système d?une puissance de 1 Watt pendant une heure. 79 Mot anglais signifiant « trait de scie ». 93 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? ANNEXES 94 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Annexe 1 : Impact du déploiement à l?échelle mondiale d?une capacité cumulée de 12,5 TWc Sur les matières non spécifiques au photovoltaïque Besoins pour 12,5 TWc de capacité PV (en Mt) (1) Production 2014 (en Mt) Besoins du PV à l?horizon 2050 en nombre d?années de production 2014 Acier 900 1661 (3) 0,5 Béton 800 972 (4) 0,8 Verre plat 630 61 (2) 10,3 Aluminium 100 54 (5) 2 Cuivre 60 18 (6) 3 Sources : (1) D?après « Pathways for solar photovoltaïcs », Joël Jean, Patrick R. Brown, Robert L. Jaffe, Tonio Buonassisi, Vladimir Bulovic dans Energy and Environemntal Science, 2015 ; (2) Données reconstituées sur la base de l?article sus-cité ; (3) Worldsteel association; (4) Intermat filière béton; (5) World Mining data; (6) ICSG. Sur les matières spécifiques au photovoltaïque Besoins pour 12,5 TWc de capacité PV (en mT) (2) Production 2014 (en Mt) Besoins du PV à l?horizon 2050 en nombre d?années de production 2014 technologies cristallines Silicium solaire 20 0,23 (1) 87 Argent 0,3 0,027 (3) 11 technologies CdTe Cadmium 0,4 0,024 (3) 17 Tellure 0,4 0,00045 (3) 900 Sources : (1) BRGM, à dire d?experts ; (2) d?après « Pathways for solar photovoltaïcs », Joël Jean, Patrick R. Brown, Robert L. Jaffe, Tonio Buonassisi, Vladimir Bulovic dans Energy and Environemntal Science, 2015 ; (3) World Mining data. 95 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Annexe 2 : Matrice des impacts économiques, géopolitiques, environnementaux et sociaux associés aux principales ressources mobilisées par chacune des trois technologies PV (source BRGM) Technologies PV mono et multicristallines Etape de la chaine de valeur concernée Usage pour la techno / utilisation globale (%) Risques associés/points de vigilance Technico-économiques Géopolitiques Re ss ou rc es Ag (minerai) Extraction 8 % de la consommation mondiale en Ag est destinée au PV [28] Faible *** [28] : - produit à 70 % comme sous-produit du plomb, zinc, cuivre et or et 30 % comme substance principale - gisements de nature et de taille variés - réserves importantes, évaluées à 560 kt en 2018 [29] Faible *** [28] : - nombreux producteurs miniers bien répartis géographiquement, dont Mexique (21 %), Pérou (17 %), Chine (13 %) Ag (métal - 99,9 %) Transformation 14 % de la consommation industrielle mondiale en Ag est destinée au PV [29] Faible *** [28] : - procédé métallurgique classique (raffinage au chlore ou électrolyse) - nécessite des matières premières : minerais d'argent, cuivre, plomb, zinc, ou or Faible *** [28] : - production métallurgique plus concentrée que la production minière mais également bien répartie SiO2 Extraction < 1 % [2] Moyen *** [3] : - ressource très abondante mais la production de Si-MG requiert une certaine qualité de quartz (quartzite, grès, galets de silex) Faible *** [3] : - local MG-Si (99,8 % Si) Transformation 18 % du MG-Si mondial est destiné aux applications PV [3] Moyen ** : - procédé métallurgique classique (four à arc) - nécessite des matières premières : quartz, copeaux de bois, houille, coke de pétrole, charbon, électrodes Moyen ** [5] : - domination de la Chine (surcapacités, maîtrise des prix) SoG-Si (99,9999 % Si) Transformation > 99 % du silicium de qualité solaire 6N est destiné aux applications PV Fort ** : - procédé SIEMENS très complexe et très capitalistique (investissement initial élevé) - alternatives possibles (Elkem, REC silicon) Fort *** : - seuls quelques acteurs dans le monde (GCL, OCI, Wacker, Dow Corning, Shin-etsu, REC silicon), la plupart en Asie Ch aî ne d e va le ur Lingots Transformation Moyen ** : - besoin de creusets en quartz à usage unique Moyen ** : - possible en France (avec des creusets importés de Chine) mais réalisé principalement en Asie - importantes surcapacités de production, notamment des acteurs chinois Wafers Transformation Moyen *** : - fortes pertes en matières lors de la découpe (40 %) Moyen *** : - produit principalement en Asie - importantes surcapacités de production, notamment des acteurs chinois Cellules Intégration Faible ** : - procédé de haute technicité bien maitrisé Fort *** : - forte domination asiatique Panneaux Intégration Faible ** : - besoin de composants spéciaux non critiques (ex : colle siliconée) Faible *** : - assemblage en France Fermes Utilisation Faible * : - bonne disponibilité des terrains et faible coût Faible ** : - local 96 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologies PV mono et multicristallines Etape de la chaine de valeur concernée Risques associés/points de vigilance Références Commentaires Fiche de criticité existante Environnementaux Sociaux Re ss ou rc es Ag (minerai) Extraction Fort ** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - impacts dus à l'exploitation variés, selon la nature du gisement, la méthode employée et la localisation [5] - enjeux variables selon la nature du gisement, la localisation et la méthode d'exploitation - grèves notamment en Amérique centrale et du Sud - mines artisanales : oui [28][29] [4][5] La production secondaire mondiale représente environ 15 % de la consommation mondiale EOL-RR : 30-50 % RC : 20-32 % [28] Oui [29] Ag (métal - 99,9 %) Transformation Moyen ** [5] : - procédé énergivore - utilisation fréquente de produits chimiques toxiques comme le chlore - émissions de GES variables selon la zone de production - conditions de travail pouvant être difficiles (chaleur, fatigue, risque d'accident, etc.) - mais bonnes conditions de sécurité car relève de la chimie de pointe [28][29] [5] SiO2 Extraction Moyen ** : - utilisation des sols et emploi de réactifs [4] - perturbation des milieux aquatiques (surtout si gisement alluvionnaire) [5] - pas d'enjeu particulier sur la consommation en eau - absence de toxicité sur la ressource SiO2 - consommation énergétique de 0,2 kWh/kg de SiO2 [25] - impacts conventionnels d'une carrière - mines artisanales : non [1][2][3][4] [7][8][9][25] Panorama disponible sur la silice industrielle et sur les filières d'approvisionnement pour le silicium métal français MG-Si (99,8 % Si) Transformation Moyen *** : - émissions de CO2, NOx, SOx, composés organiques volatils, PM10 [6] - toxicité limitée du Si - procédé énergivore : environ 30 kWh/kg de MG-Si [25] - émissions de GES et de particules (mix électrique chinois) - conditions de travail pouvant être difficiles (chaleur, fatigue, risque d'accident, etc.) [3][4][5][6] [7][8][9][25] Oui [3] SoG-Si (99,9999 % Si) Transformation Moyen ** : - procédé très énergivore : environ 100 kWh/kg poly-Si [25]consommation d'électricité de 55 kWh/kg pour le procédé SIEMENS [23] - fortes émissions de GES et de particules (mix électrique chinois) - utilisation de nombreux acides et produits toxiques - toxicité limitée du Si - bonnes conditions de sécurité car relève de la chimie de pointe [7][8][9] [23][25] Ch aî ne d e va le ur Lingots Transformation Moyen ** : - contribution de la phase "lingots" pour environ 30 % du total cycle de vie sur plusieurs catégories d'impact : émissions de GES, consommation d'eau, dégradation des écosystèmes [23] - procédé énergivore - fortes émissions de GES et de particules (mix électrique chinois) [7][8] Wafers Transformation Faible * : - a priori pas d'enjeu particulier [7] Cellules Intégration Faible * : - utilisation de substances toxiques (à faible dose) dans les procédés de fabrication des cellules [23] [7][22][23] Panneaux Intégration Moyen * : - émissions de GES sur l'ensemble du cycle de vie des technos multi-Si : 23 à 44 [12] ou 44 [22] g CO2eq/kWh - émissions de GES sur l'ensemble du cycle de vie des technos mono-Si : 29 à 45 [12] ou 65 [22] g CO2eq/kWh [7][12][22] [29] l'Ag représente environ 15 % du coût de revient des panneaux PV [29] Fermes Utilisation Moyen ** : - affectation des sols selon utilisation (en toiture ou au sol) - impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) - acceptabilité sociale [7][23] 97 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie PV des couches minces Etape de la chaine de valeur concernée Usage pour la techno / utilisation globale (%) Risques associés/points de vigilance Technico-économiques Géopolitiques Re ss ou rc es Cd (sous-produit du Zn) Extraction 1 à 2 % du Cd mondial est utilisé pour l'usage PV (80 % pour les batteries NiCd) ** [13] Faible *** [10] : - Cd essentiellement sous-produit de la métallurgie du Zn par hydro ou pyrométallurgie (faible proportion des producteurs de Zn concernés) - en moyenne 3 kg Cd/t Zn (d?après les données USGS la production serait ainsi de 26 kt sur un potentiel de 39 kt) - réserves mondiales Cd : 500 kt estimées à partir de celles de Zn sur la base d?un rapport de 1 pour 200 à 400. Faible *** [10] : - faible concentration des producteurs de Cd mondiaux : Chine (30 %), Corée du sud (19 %) et Japon (8 %) Cd (99,99 %) Transformation Faible * : - aucun a priori [5] Faible *** [10] : - faible concentration des producteurs de Cd mondiaux : Chine (30 %), Corée du sud (19 %) et Japon (8 %) Cd (99,999 %) Transformation Moyen ** [10][14] : - production hautement spécialisée et réservée a quelques acteurs Moyen ** [10][14] : - forte valeur ajoutée, petit nombre d'acteurs (Chine, États-Unis, Canada, Corée) Te (sous-produit du Cu à 90 %) Extraction 40 % du Te mondial est destiné aux applications PV *** [21] Fort *** [21] : - environ 0,065 kg de Te récupérable par tonne de Cu - séquence de traitement longue demandant une chimie de pointe [20] - il existe néanmoins un potentiel important de récupération du Te lors de la pyrométallurgie du cuivre Moyen *** [21] : - la Chine produit plus de 60% du Te Ch aî ne d e va le ur Cristaux ou poudres CdTe de haute pureté Transformation Principalement pour panneaux PV CdTe ** (% inconnu). Autres usages minoritaires (Imagerie médicale) Moyen ** : - forte valeur ajoutée, petit nombre d'acteurs (Chine, États-Unis, Canada, Corée) Thinfilm CdTe Transformation Moyen *** : - 2 acteurs mondiaux principaux intégrés : First Solar (US) et Calyxo (All.) Panneaux Intégration Fermes PV Utilisation Faible * : - bonne disponibilité des terrains et faible coût Faible ** : - local 98 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie PV des couches minces Etape de la chaine de valeur concernée Risques associés/points de vigilance Références Fiche de criticité existante Environnementaux Sociaux Re ss ou rc es Cd (sous-produit du Zn) Extraction Fort *** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - importante consommation d'énergie [4] - forte toxicité du cadmium Cependant les risques sont ceux associés aux processus métallurgiques (intégrés) soumis à un certain nombre de normes (leur respect dépend du producteur et de la zone de production) - les enjeux sont ceux de l'industrie métallurgique associée (dépend du producteur et de la zone de production) - mine artisanale : non - forte toxicité du Cd [10][4] à paraître Cd (99,99 %) Transformation Moyen ** : - en Chine, les zones de production sont hautement polluées au Cd [13] - sécurité des travailleurs dans ces zones [5][10][13] Cd (99,999 %) Transformation Moyen * : - peu de données, secteur spécialisé et très confidentiel - émissions atmosphériques de Cd au cours de la purification du Cd : 12 mg Cd/kg Cd produit [26] - conditions de travail peu connues car secteur spécialisé et très confidentiel [10][14][26] Te (sous-produit du Cu à 90 %) Extraction Moyen ** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - pas d'enjeu particulier sur la consommation d'énergie [4] - risque de compétition sur les usages de l'eau [4] - les tellurites solubles sont toxiques pour la santé alors que le tellure et les tellurures stables sont relativement inertes [20] - a priori pas d'enjeux particuliers compte tenu des faibles quantités de tellure produites - mine artisanale : non [20][21][4] Oui Ch aî ne d e va le ur Cristaux ou poudres CdTe de haute pureté Transformation Moyen ** : - CdTe hautement toxique par ingestion, inhalation ou si incorrectement manipulé [11] (l'exposition dépend des conditions de travail) - forte écotoxocité du CdTe sur les milieux aquatiques [9] - le CdTe serait moins toxique que le Cd élémentaire * [12] [9][10][11] [12][14] Thinfilm CdTe Transformation Moyen *** : - le principal enjeu environnemental est la présence inévitable de Cd lors de la production et du traitement du CdTe [11]. Sa toxicité a d'ailleurs conduit à en limiter voire interdire l'usage dans de nombreux secteurs (voir directive RoHs). [11][12][23] [11][12][23] Panneaux Intégration Moyen * [12][26] données de consommation et d'émissions sur l'ensemble du cycle de vie d'un panneau CdTe, d'après First Solar : - émissions de GES : 14 à 35 g CO2eq/kWh - émissions atmosphériques de Cd : de 1,3 mg Cd/m² - consommation d'eau : 385 à 425 l/MWh [12][26] Fermes PV Utilisation Moyen ** : - affectation des sols selon utilisation (en toiture ou au sol) - à puissance installée égale, l'emprise au sol des panneaux CdTe est supérieure à celle des panneaux Si - impact non négligeable des matériaux de structure (Cu, Al) -acceptabilité sociale [7][23] 99 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Technologie PV pérovskite Etape de la chaine de valeur concernée Usage pour la techno / utilisation globale (%) Risques associés/points de vigilance Références Fiche de criticité existante Technico- économiques Géopolitiques Environnementaux Sociaux Re ss ou rc es Pb Extraction < 1 % La production mondiale de plomb est de l'ordre de 4,5 Mt Faible *** [15] : - nombreuses typologies de gisements et types d'exploitations - alerte relative sur des réserves mondiales en baisse (~20 ans de temps d'épuisement théorique) - exploité comme produit principal ou sous-produit Faible *** [15] : - si la Chine produit 50 % de la production primaire, de nombreux pays produisent entre 100 et 500 kt/an Fort *** : - conditions favorables aux DMA [4] - utilisation de réactifs [4] - enjeux modérés sur l'eau - émissions de GES variables selon la zone de production - forte toxicité du plomb [17] - les enjeux sont ceux de l'industrie métallurgique associée (dépend du producteur et de la zone de production) - mine artisanale : non - forte toxicité du Pb, cependant les risques sont ceux associés essentiellement aux processus métallurgiques soumis à un certain nombre de normes (leur respect dépend du producteur et de la zone de production) [15][17][4] non Ch ai ne d e va le ur Thinfilm à base d'halogénure de Pb Transformation Faible*** [18] : - encore au stade de la R&D - des substituts moins toxiques sont déjà à l'étude (étain, bismuth) Faible* [18] : - à ce stade de développement, surtout des compétitions entre laboratoires internationaux Faible ** [16] : - peu de données - certaines études d'ACV indiquent des impacts moindres que certains substituts (étain) - Sn, qui pourrait être un substitut moins toxique que le plomb, fait partie des métaux de conflit (3 TG) [16][18] Cellules Intégration Moyen ** [23] : - en tandem sur Silicium : impacts similaires aux cellules Si + impact dû au Pb - pérovskites seules : process peu énergivore (procédés de fabrication à température relativement basse) [23] Modules Intégration - environ 50-70 µg Pb/cm² (environ 1/3 de plomb dans une couche de pérovskite) [23] Moyen ** [27] : - émissions de GES sur le cycle de vie d'un module pérovskite : 30 g CO2eq/kWh (simulation d'après une étude à l'échelle pré-industrielle) - courte durée de vie des pérovskites [23][27] 100 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Liste des références N° Référence Lien [1] Colin S., 2017, Les différentes sources d?approvisionnement de la filière française du silicium métal : états des lieux et perspectives, BRGM/RP-66749-FR [2] Marteau P., 2016, Mémento sur le silice industrielle, BRGM/RP-66167-FR http://www.mineralinfo.fr/sites/default/files/upload/documents/Mementos_RMI/rp-66167-fr_final.pdf [3] Fiche de criticité silicium, BRGM, 2019 http://www.mineralinfo.fr/sites/default/files/upload/documents/Fiches_criticite/fichecriticitesiliciummetal- publique20190729.pdf [4] Manhart A. et al., 2019, The environmental criticality of primary raw materials - A new methodology to assess global environmental hazard potentials of minerals and metals from mining, Mineral Economics (2019) 32:91-107 https://doi.org/10.1007/s13563-018-0160-0 [5] Dire d'expert Expertise BRGM [6] Arrêté préfectoral de l?Isère, 22 juillet 2018 http://www.isere.gouv.fr/content/download/37829/272602/file/APC%20N%C2%B0DDPP-IC-2018-07- 22%20du%20230718%20FERROPEM%20%C3%A0%20LIVET-ET-GAVET.pdf [7] Entretiens avec exploitants lors du GT PV Résumé CGDD- ministère de la Transition écologique [8] Dire d'exploitant, FerroPem et Sil'Tronix [9] ECHA 2019 [10] L'elementarium-fiche cadmium.2018 https://www.lelementarium.fr/element-fiche/cadmium/ [11] U.S. National Institutes of Health.2003 https://www.reade.com/products/cadmium-telluride-powder-crystal-cdte [12] 2013, Environmental, Health and Safety Assessment of First Solar CdTe technology, Fundación Chile & CENER (2013) http://www.firstsolar.com/-/media/First-Solar/Sustainability-Documents/Sustainability-Peer-Reviews/Chile-Peer- Review---Cener_EN.ashx [13] Metalpedia - cadmium http://metalpedia.asianmetal.com/metal/cadmium/resources&production.shtml [14] Société 5N Plus https://www.5nplus.com/fr/tellurure-de-cadmium.html [15] USGS Mineral Commodities Summaries 2019 https://www.usgs.gov/centers/nmic/mineral-commodity-summaries [16] Serrano-Lujan L. et al. , Advanced Energy Materials, vol.5 Issue 20.Tin- and Lead-Based Perovskite Solar Cells under Scrutiny: An Environmental Perspective https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201501119 [17] Abate A.(2017), Perovskite Solar Cells Go Lead Free, Joule, vol 1, Issue 4 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435117300806#bib1 [18] Weijun Ke & Mercouri G. 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Annexe 3 : Les structures de coût du PV Dans son rapport intitulé « Filière Photovoltaïque Française : Bilan, Perspectives et Stratégie » de septembre 2015, l?Ademe a procédé une analyse de filière permettant de ventiler la valeur du marché PV entre consommations intermédiaires, spécifiques ou non, valeur ajoutée et importations. Après plusieurs décompositions successives, on obtient une décomposition de la valeur du marché français en importations, consommations intermédiaires non spécifiques et valeur ajoutée. Dans un domaine où les évolutions sont très rapides, ces chiffres datent un peu. Cependant, les grandes tendances n?ont pas changé. Les consommations intermédiaires sont les valeurs des biens et services transformés ou entièrement consommés au cours du processus de production. Les consommations intermédiaires spécifiques sont celles qui n?existent que dans la filière PV. Par exemple, la production de modules a comme consommation intermédiaire spécifique les cellules et wafers. Les consommations intermédiaires non spécifiques sont celles qui sont communes aux autres entreprises, hors de la filière PV. L?intérêt de distinguer les consommations intermédiaires spécifiques est d?appliquer des taux d?importations et des ratios d?emplois adaptés à la filière PV Le premier graphique présente une décomposition de la valeur du marché de la production d?installations « clés en mains » (de la fabrication des modules jusqu?à l?installation en intégrant les éléments de structures, les équipements électriques, les études, le raccordement, etc.). Le second graphique présente la décomposition de la production de la maintenance et enfin le troisième graphique présente la décomposition de la production des équipementiers. Figure 20 : décomposition de la valeur du marché 2014 de la production d?installations « clés en mai » Figure 21 : décomposition de la production de la maintenance en 2014 Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 102 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 22 : décomposition de la production des équipementiers en 2014 Le graphique suivant est particulièrement intéressant car grâce au ratio valeur ajoutée/ production, il permet de détecter les segments sur lesquels le plus de richesses sont créées. Figure 23 : ratios valeur ajoutée / production pour l?ensemble des activités de la chaîne de valeur en 2014 Note de lecture : en France, la valeur ajoutée liée à la production de modules ne représente que 12 % de la valeur de cette production. C?est le segment qui crée le moins de richesses : il s?agit essentiellement d?une activité d?assemblage de cellules fabriquées à l?étranger. Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 103 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Le diagramme suivant représente une décomposition de la valeur ajoutée de la filière PV selon les segments de la chaîne de valeur. Figure 24 : décomposition de la valeur ajoutée de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Une décomposition des emplois selon les segments de la chaîne de valeur de la filière PV a également été réalisée. Cette décomposition distingue les emplois directs, indirects et induits. Figure 25 : décomposition des emplois directs de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 104 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Figure 26 : décomposition des emplois indirects de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Figure 27 : décomposition des emplois induits de la filière PV en France en fonction du segment de la chaîne de valeur en 2014 Source : Ademe, modèle in Numeri Source : Ademe, modèle in Numeri 105 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Les effets et emplois directs se rapportent aux activités de production « directes », c?est-à-dire celles qui concernent des produits spécifiques à la filière PV. Il s?agit par exemple de la fabrication de modules, onduleurs, etc. Les effets et emplois indirects concernent les activités de la production « indirectes », c?est-à- dire celles qui concernent la fabrication de produits nécessaires à la fabrication des produits directs. Ces activités de production ne sont pas spécifiques à la filière PV. Les effets et emplois induits concernant les activités « induites », c?est-à-dire celles qui relèvent des interactions de la filière avec le reste de l?économie : effet d?entrainement par la dépense de consommation, les revenus supplémentaires générés (ou la perte de revenus), etc. Le tableau ci-après présente un récapitulatif de l?ensemble des emplois générés par la filière PV. En 2014, on estime ce nombre à environ 16 500 emplois. Figure 28 : évaluation des emplois directs, indirects et induits en 2014 selon la situation dans la chaîne de valeur Source : Ademe, modèle in Numeri 106 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Annexe 4 : Hypothèses de calcul pour les émissions évitées en cas de relocalisation de la production chinoise en Europe Tableau 14 : hypothèses générales de calcul Hypothèses générales Module 1,6 m2 60 cellules Rendement monocristallin 19,7 % (source : CRE) Rendement multicristallin 17,6 % (source : CRE) Rendement CdTe 16,6 % (source : CRE) Conditions standard de test 1000 W/m2 Capacités installées d'ici 2030 en France 36 GWc Capacités installées d'ici 2030 en Europe 200 GWc Cas 1 : Part du parc installé en France relocalisé en Europe 50 % Cas 2 : Part du parc installé en Europe relocalisé en Europe 30 % Tableau 15 : hypothèses sur le contenu en matière d?un panneau de 60 cellules et 1,6 m2 Matériaux/composant Quantité contenue dans un module (pertes et casses négligées) Quantité nécessaire à la fabrication d'un module Toute technologie EVA (kg) 1,422 1,436 PET (kg) 0,408 0,424 Verre (kg) 13,280 13,413 Trempe (kg) 13,280 13,413 Module (m2) 1,6 1,6 Cellules (nombre) 60 61,200 Wafers (nbre) 60 63,648 Multicristallin Lingot (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,115 Polysilicium (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,126 Lingot (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,558 Polysilicium (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,563 Monocristallin Lingot (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,083 Polysilicium (kg) - hypothèse : 4 g PolySi /Wc 1,126 Lingot (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,542 Polysilicium (kg) - hypothèse : 2 g PolySi /Wc 0,563 107 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? Tableau 16 : facteurs d?émissions Matériaux/composant Facteurs émissions France Facteurs émissions Allemagne Facteurs émissions Chine Toute technologie EVA (kgCO2eq/kg) 2,6 2,8 2,9 PET (kgCO2eq/kg)) 2,6 2,7 2,8 Verre(kgCO2eq/kg) 1,0 1,1 1,2 Trempe (kgCO2eq/kg) 0,2 0,2 0,2 Multicristallin Module (kgCO2eq/m2) 7,4 9,6 11,4 Cellules (kgCO2eq/nombre) 0,2 0,4 0,6 Wafers (kgCO2eq/nbre) 0,3 0,6 0,9 Lingot (kgCO2eq/kg) 1,7 10,8 18,3 Polysilicium kgCO2eq/(kg) 23,1 87,7 141,0 Monocristallin Module (kgCO2eq/m2) 7,4 9,6 11,4 Cellules (kgCO2eq/nombre) 0,1 0,4 0,5 Wafers (kgCO2eq/nbre) 0,4 0,8 1,1 Lingot (kgCO2eq/kg) 7,3 10,8 80,3 Polysilicium kgCO2eq/(kg) 23,1 87,7 141,0 CdTe Module (kgCO2eq/m2) 8,5 24,9 39,4 Source : cahier des charges des appels d?offres du ministère de la transition écologique 108 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? TABLE DES MATIÈRES RAPPEL DU CONTEXTE ............................................................................................................ 7 SYNTHÈSE .................................................................................................................................. 8 INTRODUCTION ...................................................................................................................... 13 I. De l'effet photoélectrique aux centrales PV : des composants multiples aux propriétés plus ou moins spécifiques .................................................................................................................................. 15 A. L?effet photoélectrique ou comment convertir l?énergie lumineuse en énergie électrique ........... 16 B. De la cellule à la centrale photovoltaïque ................................................................................................. 17 1. La cellule .......................................................................................................................................................... 17 2. Le module ........................................................................................................................................................ 17 3. Le mode d?installation de la centrale ........................................................................................................ 18 4. L?onduleur et les différents composants électriques ............................................................................. 18 II. Le développement attendu de l?énergie photovoltaïque, indispensable à la transition bas carbone, aura des conséquences importantes sur la demande en ressources minérales............. 19 A. Un développement très rapide du photovoltaïque depuis la fin des années 2000 mais toujours une faible part dans le mix électrique mondial ............................................................. 20 B. Une énergie de plus en plus compétitive amenée à jouer un rôle important dans la transition bas carbone .................................................................................................................... 20 C. En France, le marché du photovoltaïque suit globalement les mêmes tendances ........................... 21 D. Conclusion ....................................................................................................................................................... 21 III. Analyse du secteur du PV : choix des technologies à retenir et identification des matières clés associées .............................................................................................................................. 23 A. Malgré un foisonnement d?innovations, les technologies des cellules cristallines resteront dominantes sur le marché d?ici 2030 ....................................................................................... 24 1. Deux grandes familles de cellules PV se partagent le marché : les cellules au silicium cristallin et les cellules couches minces ............................................................................... 24 (A) Les cellules au silicium cristallin : de plus en plus performantes, de plus en plus sophistiquées ...................................................................................................................................................... 24 (B) Des cellules couches minces moins consommatrices de matières ....................................................................................... 25 2. L?imposante domination des technologies au silicium au niveau mondial se retrouve au niveau français, avec quelques nuances toutefois ..................................................... 25 (A) Une imposante domination des technologies cristallines, avec une montée progressive du monocristallin aux dépens du multicristallin ................................................................................................. 25 (B) Les cellules couches minces, dominées par le tellurure de cadmium, restent très minoritaires au niveau mondial, mais pas en France ......................................................................................... 27 3. Le silicium va continuer à dominer le marché car l?émergence industrielle d?une technologie de rupture n?est pas envisagée avant 2030 ........................................................... 28 B. Le PV mobilise une grande variété de matières, mais seul un petit nombre d?entre elles est spécifique à chaque technologie .................................................................................. 31 1. Une grande diversité de matières dans les modules ... .......................................................................... 31 2. ? dont il est difficile de donner une composition moyenne car les évolutions sont rapides ....... 31 3. Les performances et la composition matières des autres éléments d?une centrale PV évoluent aussi rapidement ......................................................................................................................... 34 (A) L?onduleur : un organe électrique indispensable, de plus en plus sophistiqué ................................................................... 34 (B) Une connectique gourmande en cuivre .................................................................................................................................... 35 (C) Des éléments de structure des systèmes PV ............................................................................................................................ 35 4. Les matériaux clés du photovoltaïque - récapitulatif ........................................................................... 36 109 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? IV. Dans la décennie à venir, les enjeux « ressources » du PV seront principalement déterminés par les technologies cristallines et leur évolution .................................................................. 39 A. Impact de la croissance du PV sur les ressources minérales ................................................................. 41 1. Une augmentation de la consommation de ciment et de métaux de base, a fortiori si les installations aux sols sont dominantes ........................................................................... 41 2. L?impact du PV sur la demande en acier et en béton est faible, même si ce sont les matériaux que le PV utilise en plus grandes quantités..................................................................... 41 3. L?impact du PV sur la demande en aluminium et en cuivre est significatif ......................................... 42 4. L?impact du PV sur la demande en verre plat pourrait être important ............................................ 42 5. Parmi les matières spécifiques au PV, l?impact serait particulièrement marqué pour l?argent et le tellure ............................................................................................................................ 42 B. Analyse de la chaîne de valeur des 3 technologies PV considérées .................................................... 44 1. Les technologies cristallines ....................................................................................................................... 44 (A) Les principales étapes de la production des modules cristallins .......................................................................................... 44 (B) Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur des modules cristallins ................................................................. 45 (C) La place des acteurs industriels français ................................................................................................................................... 46 (D) La chaîne de valeur de la pâte d?argent pour les cellules cristallines ................................................................................... 46 2. Les modules CdTe ........................................................................................................................................ 49 (A) Les principales étapes de la production des modules CdTe ................................................................................................. 49 (B) Analyse de la chaîne de valeur des modules couches minces CdTe .................................................................................... 49 (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur ...................................................................................................... 49 3. Analyse de la chaîne de valeur des modules tandem-pérovskites ...................................................... 51 (A) Les principales étapes de la production ..................................................................................................................................... 51 (B) Chaîne de valeur des modules tandem-pérovskite .................................................................................................................. 51 (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur ....................................................................................................... 51 C. Les risques économiques ............................................................................................................................. 52 1. L'argent, le silicium solaire et le tellure présentent les risques économiques les plus importants ....................................................................................................................................... 52 2. Le déploiement du PV renforce la dépendance extérieure de l?Europe et de la France et la vulnérabilité des acteurs industriels .................................................................... 53 3. Un tissu de laboratoire européen dynamique et de renommée mondiale, mais jusqu?à quand ? .................................................................................................................................... 53 4. Un risque d?approvisionnement accru pour le marché des modules bas carbone français ......... 53 D. Les risques environnementaux, sanitaires et sociaux associés aux 3 technologies PV étudiées ... 55 1. Les modules cristallins : des impacts environnementaux dominés par les émissions de gaz à effet de serre et d?autres polluants atmosphériques (Nox, SO2, PM10, COV) ................... 55 2. La filière PV cristallin a une marge de manoeuvre importante pour réduire les impacts environnementaux liés à la fabrication du polysilicium .................................................. 55 3. Les impacts environnementaux des matières minérales mobilisées par les modules CdTe sont fortement liés à la toxicité du cadmium ....................................................... 56 4. Moins de gaz à effet de serre et moins de polluants de l?air pour les modules CdTe .................... 56 5. Un meilleur bilan environnemental pour les cellules pérovskites ?.................................................... 56 6. Un bilan environnemental plus lourd pour les centrales aux sols que pour les installations sur toitures ........................................................................................................................ 57 7. Le recyclage des panneaux en fin de vie, une voie à approfondir pour diminuer les impacts environnementaux du PV ...................................................................................................... 59 V. Quelle place pour les acteurs français et européens sur le marché du photovoltaïque ? .................. 63 A. S?assurer d?un approvisionnement responsable en ressources minérales de la filière PV en favorisant une production nationale responsable de ressources primaires et secondaires .......... 65 B. Hormis sur le segment des équipementiers, les acteurs du PV français investissent essentiellement sur des activités non industrielles, riches en emplois non délocalisables ............ 67 1. La croissance soutenue du marché PV au niveau mondial offre de réelles opportunités aux équipementiers français, notamment à l?export ................................................... 67 2. Les autres acteurs français du PV se concentrent sur l?aval de la chaîne de valeur ....................... 68 110 LE PHOTOVOLTAÏQUE : CHOIX TECHNOLOGIQUES, ENJEUX MATIÈRES ET OPPORTUNITÉS INDUSTRIELLES ? C. Alors que la France dispose encore d?importantes capacités de recherche, son tissu industriel dans le secteur PV est de plus en plus fragile ....................................................... 69 1. Les acteurs industriels français sont principalement positionnés sur le segment peu capitalistique de la fabrication des modules ............................................................. 69 2. Une capacité de recherche encore affirmée, mais vulnérable ........................................................... 70 D. La production de panneaux bas carbone : une opportunité pour structurer un secteur industriel français et européen du PV dans le cadre d?une démarche plus globale d?écoconception ..................................................................................................................... 72 1. Une fabrication de polysilicium sur le sol français avantageuse sur le plan environnemental, mais incertaine sur le plan économique ................................................................. 72 2. La relocalisation de la fabrication des panneaux, du lingot au module, paraît moins risquée sur le plan financier mais ne sera possible qu?avec un réel soutien public et politique .. 74 3. Le recyclage à haute valeur ajoutée des panneaux en fin de vie : une opportunité industrielle et environnementale majeure .............................................................................................. 77 E. Des opportunités non négligeables pour certains marchés « de niche » .......................................... 79 1. Le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) ....................................................................................... 79 2. Le VIPV: «Vehicle integrated PV» .............................................................................................................. 79 3. Les modules légers et nomades pour le domaine militaire et pour le tourisme .............................. 80 4. Les « route solaires » .................................................................................................................................... 80 5. Le PV flottant avec modules dédiés ......................................................................................................... 80 VI. Recommandations ............................................................................................................................................... 81 A. Mieux gérer les approvisionnements ......................................................................................................... 82 B. Développer et diffuser les solutions pour réduire les besoins en matières du PV et les impacts environnementaux associés .............................................................................................. 84 1. Faire de l?écoconception un axe de différenciation vertueuse des produits « made in France / Europe » ....................................................................................................................... 84 2. Trouver et diffuser des solutions industrielles pour un recyclage performant des panneaux photovoltaïques en fin d?usage ....................................................................................... 85 3. Évaluer la pertinence de développer et diffuser des solutions innovantes de recyclage des déchets industriels (kerf et liquide de découpe) ........................................................................... 85 4. Assurer la traçabilité des métaux lourds présents en quantité significative dans les panneaux photovoltaïques en fin de vie ........................................................................................... 85 5. Identifier les leviers d?actions pertinents pour lutter contre le renouvellement anticipé des panneaux photovoltaïques ................................................................................................................. 86 6. Anticiper les besoins en foncier liés au déploiement du photovoltaïque pour mieux en maîtriser les impacts .............................................................................................................................. 87 C. Garantir le déploiement, sur le sol français, de technologies PV de haute performance environnementale et bas carbone, en cohérence avec les objectifs climatiques .......................... 88 D. Favoriser le développement industriel en France/Europe d?une filière PV de haute performance environnementale et bas carbone ................................................................... 89 GLOSSAIRE ................................................................................................................................................................. 92 ANNEXES .................................................................................................................................................................... 93 Annexe 1 : Impact du déploiement à l?échelle mondiale d?une capacité cumulée de 12,5 TWc ....... 94 Annexe 2 : Matrice des impacts économiques, géopolitiques, environnementaux et sociaux associés aux principales ressources mobilisées par chacune des trois technologies PV (source BRGM) ....................................................................................................................... 95 Annexe 3 : Les structures de coût du PV ....................................................................................................... 101 Annexe 4 : Hypothèses de calcul pour les émissions évitées en cas de relocalisation de la production chinoise en Europe ...................................................................................................................... 106 111 Commissariat général au développement durable Service de l?économie verte et solidaire Sous-direction de l?économie et de l?évaluation Tour Séquoia - 92055 La Défense cedex Courriel : diffusion.cgdd@developpement-durable.gouv.fr www.ecologie.gouv.fr https://www.ecologie.gouv.fr/ http://www.ecologie.gouv.fr/ (A) Les cellules au silicium cristallin : de plus en plus performantes, de plus en plus sophistiquées (B) Des cellules couches minces moins consommatrices de matières (A) Une imposante domination des technologies cristallines, avec une montée progressive du monocristallin aux dépens du multicristallin (B) Les cellules couches minces, dominées par le tellurure de cadmium, restent très minoritaires au niveau mondial, mais pas en France (A) L?onduleur : un organe électrique indispensable, de plus en plus sophistiqué (B) Une connectique gourmande en cuivre (C) Des éléments de structure des systèmes PV (A) Les principales étapes de la production des modules cristallins (B) Les principales caractéristiques de la chaîne de valeur des modules cristallins (C) La place des acteurs industriels français (D) La chaîne de valeur de la pâte d?argent pour les cellules cristallines (A) Les principales étapes de la production des modules CdTe (B) Analyse de la chaîne de valeur des modules couches minces CdTe (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur (A) Les principales étapes de la production (B) Chaîne de valeur des modules tandem-pérovskite (C) La place des acteurs industriels dans la chaîne de valeur << /ASCII85EncodePages false /AllowTransparency false /AutoPositionEPSFiles true /AutoRotatePages /None 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