Dans cette formation de 4 heures, nous allons déterminer si l'énergie solaire photovoltaïque est durable ou non en répondant à ces questions :

1. Comment faire en sorte que nos activités humaines ne dépassent pas la capacité de la planète à nous soutenir ?

2. Comment pouvons-nous utiliser les analyses du cycle de vie pour déterminer les impacts environnementaux d'une technologie ?

3. Comment pouvons-nous déterminer si les incidences environnementales d'une technologie sont suffisamment faibles pour nous permettre de l'exploiter sans dépasser les Limites Planétaires ?

4. Comment sont fabriqués les modules solaires ?

5. Comment les impacts environnementaux du solaire photovoltaïque se comparent-ils à ceux des autres technologies de génération d'électricité ?

Voici un résumé de quelques points clés.

Comment faire en sorte que nos activités humaines ne dépassent pas la capacité de la planète à nous soutenir ?

En 2009, Johan Rockström a dirigé un groupe de 28 scientifiques de renommée internationale pour proposer neuf limites planétaires. Il s'agit des limites des processus du système terrestre dans lesquelles l'humanité peut continuer à se développer et à prospérer pendant des générations.

Les 9 limites planétaires

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Comment pouvons-nous utiliser les analyses du cycle de vie pour déterminer les impacts environnementaux d'une technologie ?

L'ACV est une technique utilisée pour déterminer les impacts environnementaux associés à toutes les étapes de la vie d'un produit, depuis l'extraction des matières premières jusqu'à l'élimination ou le recyclage, en passant par les étapes de transformation des matériaux, de fabrication, de distribution, d'exploitation, de réparation et d'entretien.

Cette figure montre les étapes du cycle de vie incluses dans la méthode d'ACV. Les entrées font référence aux matériaux et à l'énergie consommés au cours de chaque étape du cycle de vie, et les sorties représentent les émissions, telles que les gaz à effet de serre, les métaux lourds, les SOx, les NOx, etc.

Schéma de l'ACV

L'ACV prend en compte les intrants matériels et énergétiques à toutes les étapes de la production des modules solaires et les processus utilisés pour fabriquer ce que l'on appelle en anglais le "Balance of System", également appelé BoS.

BoS désigne tous les éléments associés au système PV, autres que les modules solaires eux-mêmes. L'ACV considère alors également l'énergie et les matières premières utilisées pour produire ces éléments, comme le cuivre utilisé pour fabriquer les câbles.

Ces données sont ensuite utilisées pour calculer les valeurs des indicateurs de l'ACV qui, en fin de compte, déterminent les effets de la technologie sur la santé humaine, les écosystèmes, les ressources et le changement climatique.

Relation entre l'ACV et les impacts

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Comment pouvons-nous déterminer si les incidences environnementales d'une technologie sont suffisamment faibles pour nous permettre de l'exploiter sans dépasser les Limites Planétaires ?

Les indicateurs de l'ACV peuvent être liés à 5 grands objectifs de développement durable, communément appelés ODD, à savoir :

ODD 3, Santé et bien-être de l'homme

ODD 6, Eau propre et assainissement

ODD 13, Action pour le climat

ODD 14, La vie sous l'eau, et

SDG 15, Vie sur terre

Les indicateurs d'ACV peuvent également être liés aux limites planétaires, comme indiqué ci-dessous.

Relier les indicateurs ACV aux ODD et aux limites planétaires

Si nous étudions une technologie qui doit être mise en œuvre à l'échelle nationale, comme un réseau électrique national par exemple, les limites planétaires peuvent être mises à l'échelle pour définir les limites que le pays doit respecter afin de s'assurer que sa stratégie respectera la capacité de la Terre à nous soutenir.

Cependant, nous ne pouvons pas faire cela pour connaître l'impact d'un processus ou d'un produit spécifique à plus petite échelle sur la Terre. L'ACV aide à calculer les impacts, mais ne fournit pas d'indications sur la question de savoir si ceux-ci sont trop élevés ou suffisamment faibles par rapport au "système terrestre".

C'est là qu'intervient une nouvelle approche appelée la "comptabilité planétaire." Lorsqu'elle sera pleinement développée, la comptabilité planétaire reliera les limites planétaires à des quotas sur lesquels nous pourrons agir. Elle sera constituée de dix budgets mondiaux, incluant ceux du carbone, de l'azote, de l'eau et des terres forestières, répartis entre la population mondiale en unités mesurables.

Ainsi, les nations, les villes, les entreprises et même les particuliers pourront comprendre à quoi ressemble leur impact.

Comptabilité planétaire

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Comment sont fabriqués les modules solaires ?

Dans cette formation, nous plongeons dans les processus de fabrication des modules solaires en silicium cristallin et à couches minces.

Le processus de fabrication des modules en silicium cristallin se déroule en trois étapes : l'étape des plaquettes, l'étape des cellules et l'étape des modules.  Ceci est vrai pour les PV solaires en silicium monocristallin et en silicium multicristallin. Toutefois, comme vous pouvez l'imaginer, l'étape de cristallisation est très différente pour ces deux technologies. La figure ci-dessous résume le processus de fabrication. Dans le cours, nous abordons chaque étape présentée ici de manière très détaillée.

Processus de fabrication des modules solaires en silicium cristallin

La production de modules solaires à couches minces est très différente. Elle se compose essentiellement d'une alternance d'étapes de dépôt de couches minces et de gravure. La gravure consiste à séparer le film semi-conducteur continu qui a été déposé lors d'une étape précédente, en cellules solaires distinctes connectées en série. Dans ce cours, nous abordons les processus de fabrication des deux technologies PV à couches minces les plus populaires, à savoir les cellules solaires au tellurure de cadmium (CdTe) et au séléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS). Le déroulement général du processus est illustré ci-dessous.

Processus de fabrication des modules solaires à couches minces

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Comment les impacts environnementaux du solaire photovoltaïque se comparent-ils à ceux des autres technologies de génération d'électricité ?

Le graphique ci-dessous montre les scores normalisés de l'ACV pour diverses technologies de production d'électricité. Le score de chaque indicateur ACV est pondéré en fonction de l'étendue de son impact, de sa réversibilité et de son effet sur les limites planétaires respectives. Ainsi, un poids moindre est accordé aux effets d'eutrophisation et de toxicité, tandis qu'un poids plus important est attribué au changement climatique. Plus le score est faible, plus la technologie est propre.

Scores normalisés et pondérés de l'ACV pour diverses technologies de production d'électricité

Nous constatons que le PV à couches minces est la 4e technologie la plus propre, après l'hydroélectricité efficace, le nucléaire et le CSP à tour.  Nous constatons également que l'énergie éolienne arrive juste après les couches minces et est environ deux fois plus propre que le PV multicristallin.

Toutefois, notre analyse ne s'arrête pas là. Nous sommes conscients qu'il ne suffit pas de déterminer quelles technologies ont les "meilleurs scores d'ACV".  Une fois que l'ACV nous permet d'identifier les technologies les plus propres, la question devient : "Leurs impacts environnementaux sont-ils suffisamment faibles pour permettre à l'humanité de respecter la capacité de la Terre à nous soutenir ?"

Nous devons également nous rendre compte que les ressources énergétiques nécessaires pour alimenter les technologies présentées dans le graphique ne sont pas réparties uniformément sur la Terre. Le coût est également une question à prendre en compte.

Dans ce cours, nous explorons ces sujets en répondant aux questions suivantes.

• Existe-t-il une combinaison de technologies énergétiques qui nous permettrait de rester à l'intérieur des limites planétaires ?
• Combien cela coûterait-il ?
• Quel rôle le solaire photovoltaïque jouerait-il dans cette combinaison ?

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