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Temps de retour carbone du photovoltaïque : calcul

Définition

Nous appelons temps de retour carbone le temps nécessaire pour qu'une installation photovoltaïque, par la substitution de l'électricité produite à l'électricité locale, permette d'éviter les émissions de GES qui ont été nécessaires à sa fabrication, à son installation, à sa maintenance et à sa fin de vie. Est-il intéressant ? Cela dépend beaucoup du lieu d'implantation, des lieux de fabrication, des process utilisés ... et du mode de calcul. Explication.

1ère méthode : en partant de l'énergie grise

D’après le rapport de l’Hespul, la demande en énergie finale pour un kWc installé (fabrication) est de 2500 kWh. On considérera que toute l’énergie dépensée est de l’électricité. Il s’agit d’une approximation grossière mais elle permet de calculer un ordre de grandeur. En effet le raffinage et la cristallisation occasionnent une très grande consommation d’énergie et se font à l’aide de fours à arc qui fonctionnent à l’électricité. Les ACV montrent qu’une très grande partie de l’énergie utilisée pour toute le cycle de fabrication est l’électricité.

 

Energie grise

facteur émission électricité consommé

g eq CO2 / kWc

UE27, électricité

2500

306

765000

Monde

2500

506

1265000

Chine

2500

788

1970000

 

On considère maintenant qu’un 1 kWc permet en France de produire 1000 kWh par an. On peut ainsi calculer les émissions évitées selon le pays de fabrication et le pays d’installation

 

Fabrication / Installation

Production pour 1 kWc

Emission kWh électr. local (cons.)

Emissions évités / kWc /an (g eq CO2)

Emissions initiales pour 1kWc (g eq CO2)

Emissions évités par an par kWc (g eq CO2)

Temps de retour carbone en années (estimation)

Monde / France

1000

85

85000

1265000

85000

15

Europe / France

1000

85

85000

765000

85000

9

France/ France

1000

85

85000

212500

85000

2,5

Chine / France

1000

85

85000

1970000

85000

23

Europe / Europe

1000

360

360000

765000

360000

3

2ème méthode : en déduisant les émissions initiales à partir du facteur d’émission

Par exemple le guide de facteur d’émission de l’Ademe fournit le chiffre de 55 g eq CO2 par kWh photovoltaïque en France (+/- 30 %). Ce chiffre repose sur l’étude d’Alsema et al, 2005. L’ensemble des études se fonde sur une durée de vie de 30 ans. Comme il n’y a pas d’émissions pendant l’utilisation, les émissions totales correspondent aux émissions initiales utilisées pour la fabrication (les autres phases sont négligées). Donc une unité produisant 1kWh/an a dû nécessiter 55 x 30 = 1650 g eq CO2 pour sa fabrication. Comme elle permet d’éviter 85 g par an en France, le temps de retour carbone sera de 19 ans, et de 5 ans si le panneau est installé en Europe.

Cependant le facteur d’émission du photovoltaïque varie d’un facteur d’un à deux selon les sources utilisées : le guide des facteurs d’émission de l’Ademe, le chiffre de Jancovici cité par l’Ademe, le chiffre moyen pour la France donné en conclusion du rapport de l’Hespul. On ne doit pas s’en étonner, car il s’agit d’ordre de grandeur, et le mode de fabrication des panneaux évolue relativement vite. Ces chiffres varient selon le mode de fabrication et l’origine du panneau et l’ensoleillement du lieu d’implantation.

 

Lieu fabrication / lieu installation

Emission kWh photovoltaïque (g eq CO2 )

Par déduction, émissions initiales par kWh/an installé (g eq CO2)

Emission électricité moyenne locale (g eq CO2 / kWh)

Temps de retour carbone en années
(estimation)

Monde / France

55 (g. f. e. Ademe)

1650

85

19

Monde / France

70 (Hespul)

2100

85

25

Monde / France

100 (Jancovici)

3000

85

35

Monde / Europe

55 à 100 (min-max)

1650 à 3000

360

5 à 8

Monde / Sud Europe

35 (Hespul)

1050

480

2

Elkem-Norvège / Sud Europe

23 (Hespul)

690

480

1

3ème méthode : en prenant en compte la manière dont l'électricité photovoltaïque est intégrée au réseau

Mais les deux méthodes précédantes considèrent que l'électricité à laquelle se substitue le photovoltaïque est celle qui est consommée en moyenne. Or l'intensité en carbone de l'électricité produite varie beaucoup selon les sources et selon le type de source que le photovoltaïque va remplacer [sur la demande voir les paragraphe 4.1 et suivants de l'article sur la pertinence du photovoltaïque]. En prenant une valeur moyenne pour l'intensité carbone substituée, on fait semble-t-il une erreur qui va affecter énormément le résultat. En effet une note du MEDAD et de l'Ademe, datée du 15 février 2008 [Note Ademe], considère que l'énergie des éoliennes ne se substitue pas à l'énergie de base, faiblement émettrice en France car elle est assurée par le nucléaire, mais aux énergies de semi-base et de pointe. Selon l'Ademe l'éolien se substituerait ainsi à une production émettant 300 gCO2e/kWh, ce qui est 3,5 plus élevé que le facteur d'émission de l'énergie moyenne consommée en France. Or il est possible de faire le même raisonnement pour le photovoltaïque. D'autant qu'il ne produit que la journée, pendant que les centrales de semi-base se mettent en marche. Le rapport Coe-Rexecode de 2009 valide ce raisonnement [Rapport Coe-Rexecode]. Comme les calculs des méthodes 1 et 2 se fondent, pour la France, sur le chiffre de 85 g CO2e/kWh pour l'électricité substituée, il faudrait diviser tous les résultats par 3,5. Ce n'est pas rien !

Cela permet de dire, contrairement à ce que l'on entend souvent, que le bilan carbone du photovoltaïque est excellent. Ce raisonnement vaut jusqu'à un taux d'intégration du photovoltaïque dans le réseau d'une vingtaine de pourcents. Nous en sommes très loin !

Nous reviendrons prochainement plus en détail sur le fonctionnement du marché de l'électricité, sur l'intégration au réseau des énergies intermittentes et ses conséquences sur la sécurité d'approvisionnement, les coûts et les émissions de GES.

 

 

Sources utilisées pour le calcul :

- Hespul, Systèmes photovoltaïques : fabrication et impact environnemental, Juillet 2009, une synthèse assez complète : télécharger.
- ACV : Envionmental Impacts of Crystalline Silicon Photovoltaic Module Production, Alsema, Wild-Scholten, 2006, télécharger.
- ACV : Environmental life cycle inventory of crystalline silicon photovoltaic module production, Wild-Scholten, Alsema, 2005, télécharger
- Calcul des facteurs d'émissions : Guide des facteurs d'émission Ademe énergie V6.1,p33, ici ; outil bilan carbone de l'Ademe pour les émissions d'éléctricité selon les pays, diaporama bian carbone de l'Ademe citant Jancovici, ACV cités.
 
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Mis à jour (Jeudi, 22 Mai 2014 09:28)

 

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