Le recyclage du silicium dans les panneaux solaires

Nous avons évoqué dans un précédent article les grands principes du recyclage des panneaux solaires photovoltaïques : enjeux, organisation de la filière et résultats. Penchons-nous désormais sur les aspects techniques du recyclage en nous intéressant à la façon dont on peut recycler le silicium des panneaux solaires. Parce qu’avant de pouvoir accéder au silicium contenu dans un panneau solaire, il faut d’abord procéder au démantèlement des panneaux d’une installation solaire et à la séparation de ses différents composants. C’est le principal challenge des recycleurs de panneaux solaires qui ont recours à des processus de traitement complexes et plus ou moins onéreux.

La collecte et le traitement des panneaux solaires photovoltaïques : quelle organisation ?

Rappelons ici simplement que la collecte des panneaux solaires usagés est assurée en France par PV Cycle. Cet éco-organisme financé en partie par la taxe d’éco-participation payée sur chaque équipement électrique ou électronique permet de prendre en charge les coûts de recyclage des panneaux solaires. Après réception dans l’un des 200 points de dépôt de PV Cycle, les panneaux photovoltaïques usagés sont envoyés dans une usine Véolia située près d’Aix-en-Provence pour leur démantèlement à des fins de recyclage.

Le recyclage du silicium des panneaux solaires

Rappels sur la composition d’un panneau solaire photovoltaïque

Pour mémoire, un panneau photovoltaïque est constitué de différentes couches superposées dites couches laminées. La cellule photovoltaïque qui produit l’électricité est composée de semi-conducteurs au silicium et de métalliseurs servant d’électrodes. C’est l’élément central du panneau.

Cette couche centrale est encapsulée entre deux couches de polymères plastiques en éthylène-acétate de vinyle (EVA) et Tedlar. Ces films plastiques sont recouverts de verre pour leur protection. Un encadrement en aluminium sert à fixer les panneaux sur la toiture, et un boîtier de connexion permet de relier tous les panneaux entre eux.

Dans cet ensemble, les deux matières principales sont le verre (75 à 80 % de la masse d’un panneau) et l’aluminium du cadre (10 à 15 % de la masse totale). Pour réussir à recycler le silicium présent dans les cellules, il est donc nécessaire de séparer les différents éléments constitutifs du panneau. Tout le challenge réside alors dans le traitement des différentes lamelles du panneau pour réussir à valoriser les différents matériaux, parmi lesquels le silicium.

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Les différents processus de recyclage des panneaux solaires au silicium

Depuis le début des années 2000, des efforts de recherche soutenus ont permis de développer différentes techniques de recyclage des panneaux solaires photovoltaïques. Il existe aujourd’hui deux grandes méthodes utilisées pour le traitement des panneaux photovoltaïques au silicium.

Le recyclage du silicium des panneaux solaires 1

Méthode 1 : séparation du verre avant retraitement des cellules

Un procédé thermique de délaminage permet de séparer le verre des films d’encapsulation en polymères pour accéder à la cellule photovoltaïque en vue de son traitement. Cette technique est la plus performante pour le recyclage des cellules photovoltaïques. Le silicium récupéré peut ensuite être réinjecté dans des lingots de silicium pour fabriquer de nouvelles lamelles sensibles à la lumière (les wafers). Cette méthode induit cependant des coûts énergétiques importants difficiles à imposer dans un contexte de baisse des cours du silicium non recyclé.

Méthode 2 : broyage du module avant séparation des composants

Cette méthode est utilisée par l’usine Véolia chargée du recyclage des panneaux solaires en France. La séparation des différents composants des panneaux s’établit en 3 grandes étapes : la préparation manuelle, le broyage du panneau et la séparation des matériaux.

À réception, les panneaux photovoltaïques sont d’abord débarrassés manuellement de leur cadre en aluminium. Le boîtier de jonction et les câbles d’alimentation électrique situés à l’arrière de chaque panneau sont également retirés durant cette phase préparatoire.

Le module photovoltaïque est ensuite découpé en lamelles introduites dans plusieurs broyeurs successifs.

Un procédé mécanique permet de séparer le broyat en différents matériaux réutilisables :

  • Le verre est récupéré sous forme de poudre, en deux granularités différentes. Cette poudre de verre peut être réinjectée dans des panneaux ou utilisée pour la fabrication de fibres de verre ou isolants ;
  • Les polymères comme l’EVA (éthylène-acétate de vinyle) et le Tedlar présents dans les couches d’encapsulation : ces matières plastiques servent généralement de combustible ;
  • Les métaux ferreux (triés avec des aimants) et non-ferreux (extraits à l’aide d’un courant de Foucault) : l’argent et le cuivre des électrodes peuvent être réutilisés pour former de nouveaux contacteurs ;
  • Le silicium cristallin : il peut servir à fabriquer de nouvelles cellules photovoltaïques ou servir d’agrégat dans les fours de fonte en métallurgie.

Notez que cette technique de recyclage privilégie le recyclage du verre et du cadre en aluminium, souvent au détriment des cellules photovoltaïques.

Les panneaux solaires photovoltaïques sont aujourd’hui recyclables à près de 95 %. C’est un taux record au regard des autres appareils soumis à la réglementation européenne des déchets issus des équipements électriques et électroniques (DEEE). Les principaux composants d’un panneau photovoltaïque que sont le verre et l’aluminium sont de plus valorisés à 100 %. Ce n’est toutefois pas le cas du silicium dont la récupération reste problématique et relativement onéreuse par rapport aux coûts initiaux de production du silicium. Des progrès restent sans doute à faire dans ce domaine. Mais la longévité des panneaux solaires estimée à 30 ans en moyenne laisse supposer des améliorations sur ce point lorsque le marché aura atteint sa pleine maturité.

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