Les émissions de CO2 par source d’énergie renouvelable (ACV)

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Mis à jour le 18 novembre 2024

L’Analyse du Cycle de Vie (ACV) est essentielle pour évaluer l’empreinte carbone des technologies d’énergie renouvelable, de leur fabrication à leur fin de vie. Outre l’impact de la production et de l’utilisation, la capacité à recycler les matériaux à la fin de la vie des infrastructures joue un rôle important dans le bilan carbone global. Cet article examine l’empreinte carbone des principales sources d’énergie renouvelable tout en prenant en compte les taux de recyclage à la fin de leur cycle de vie. Les chiffres qui vont suivre sont en gCO2/kwh rapportés à l’ensemble de la durée de vie du système.

BILAN CARBONE DES PANNEAUX SOLAIRES PHOTOVOLTAÏQUES

L’énergie solaire est largement reconnue pour son potentiel de réduction des émissions de CO2, mais son cycle de vie comporte des étapes critiques, notamment la fabrication et la fin de vie. En particulier, le taux de recyclage des panneaux solaires est un facteur clé à prendre en compte.

FABRICATION DES PANNEAUX SOLAIRES

La production de panneaux photovoltaïques peut avoir une empreinte carbone significative, en fonction du mix énergétique utilisé pour leur fabrication :

Un des défis majeurs de cette technologie est l’intensité énergétique de la fabrication des panneaux. La production de silicium, matériau clé dans la majorité des panneaux solaires, nécessite des températures extrêmement élevées, générant une forte consommation d’énergie. Le processus de purification du silicium pour obtenir un matériau de qualité photovoltaïque est également énergivore.

L’origine de l’énergie utilisée pour ces étapes est cruciale pour déterminer l’empreinte carbone totale des panneaux solaires. Par exemple, en Chine, où la production dépend fortement du charbon, les émissions associées à la fabrication sont beaucoup plus élevées que dans des pays où l’énergie est plus décarbonée, comme la France. Ce facteur géographique impacte directement le bilan carbone des panneaux solaires et peut considérablement varier en fonction du pays de production.

La production des composants des panneaux solaires, tels que les cellules photovoltaïques et les supports en aluminium, nécessite également l’extraction de ressources naturelles, souvent associée à des émissions indirectes de CO2 et des impacts environnementaux, notamment en termes de pollution des sols et d’épuisement des ressources naturelles.

UTILISATION DE L’ENERGIE SOLAIRE

Pendant leur phase d’utilisation, les panneaux photovoltaïques produisent de l’électricité sans émission de CO2 pendant toute leur durée de vie jusqu’à plus de 30 ans en transformant l’énergie solaire en électricité. C’est durant cette période que le « retour carbone » est obtenu, c’est à dire, les émissions évitées grâce à l’utilisation d’une énergie renouvelable en comparaison avec le carbone que nous aurions émis avec la solution utilisée avant l’installation.

FIN DE VIE ET RECYCLAGE DES PANNEAUX SOLAIRES

Les panneaux solaires sont principalement composés de verre, d’aluminium, de silicium et quelques fois de métaux rares. Environ 85 à 90 % des matériaux peuvent être recyclés, notamment le verre et l’aluminium. Les technologies de recyclage des cellules photovoltaïques en silicium se développent, mais le recyclage des métaux rares reste un défi technique. L’amélioration des capacités de recyclage des composants électroniques pourrait encore réduire l’empreinte carbone de cette technologie.

Bilan carbone du panneau solaire photovoltaïque

L’énergie photovoltaïque présente une empreinte carbone variant entre 25 et 44 gCO2eq/kWh, en fonction du lieu de fabrication. A cela s’ajoute les émissions liées au processus de recyclage qui est difficilement quantifiable. Néanmoins, le taux de recyclage des matériaux est supérieur à 85 %, ce qui en fait une option relativement durable, surtout lorsque le mix énergétique de production est peu carboné.

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2. BILAN CARBONE DE L’ÉNERGIE ÉOLIENNE

L’énergie éolienne, qu’elle soit terrestre ou offshore, est considérée comme l’une des technologies les plus efficaces en termes de réduction des émissions de CO2. Grâce à sa capacité à produire de l’électricité propre et à la possibilité de recycler une grande partie des matériaux utilisés, elle présente un bilan carbone très favorable.

FABRICATION D’UNE ÉOLIENNE

La phase de fabrication d’une éolienne contribue majoritairement à son empreinte carbone. Cette phase inclut la production d’acier pour la tour, de béton pour les fondations, ainsi que de matériaux composites pour les pales. Selon une étude du National Renewable Energy Laboratory (NREL), l’empreinte carbone de la fabrication varie entre 10 et 20 gCO2eq/kWh pour l’éolien terrestre, et entre 15 et 30 gCO2eq/kWh pour l’éolien offshore, ces variations dépendant principalement de la taille de l’éolienne et des matériaux utilisés​.

L’énergie nécessaire pour produire ces matériaux est un facteur clé. Par exemple, la fabrication de l’acier est une source majeure d’émissions de CO2 en raison des procédés à haute température utilisés. Cependant, la possibilité de recycler l’acier et d’autres matériaux à la fin de vie des éoliennes permet de réduire significativement leur impact carbone global.

UTILISATION dE L’EOLIENNE

Pendant leur phase de production d’électricité, qui dure généralement entre 20 et 25 ans, les éoliennes n’émettent quasiment pas de CO2. Elles convertissent directement l’énergie cinétique du vent en électricité sans combustion de carburants fossiles, ce qui contribue à un bilan carbone très faible sur leur durée de vie opérationnelle.

En moyenne, une éolienne rembourse son empreinte carbone initiale (c’est-à-dire les émissions générées lors de sa fabrication, de son transport et de son installation) en moins de 6 à 12 mois de fonctionnement​.

FIN DE VIE ET RECYCLAGE DE L’EOLIENNE

Le recyclage des matériaux est un aspect crucial du bilan environnemental de l’éolien. Environ 85 % des composants d’une éolienne peuvent être recyclés, notamment l’acier et le béton utilisés pour les fondations et les tours. Ces matériaux sont facilement récupérés et peuvent être réutilisés dans d’autres industries, réduisant ainsi la demande en nouvelles ressources et limitant les émissions associées à leur production​. Cependant, le recyclage des pales en fibres composites (utilisées pour leur légèreté et leur résistance) reste un défi majeur. Ces matériaux représentent environ 10 à 15 % de la masse totale de l’éolienne, et leur recyclage est plus complexe en raison de leur structure. Actuellement, la majorité des pales en fin de vie sont soit enfouies, soit incinérées, ce qui contribue à leur empreinte carbone.

Des solutions innovantes commencent à émerger, comme le développement de pales en matériaux recyclables ou la création de procédés permettant de séparer les composants des fibres composites pour les réutiliser. Des entreprises en Europe, par exemple, explorent des méthodes de recyclage chimique et mécanique pour ces matériaux, mais ces technologies sont encore en phase de développement et leur adoption à grande échelle reste limitée​.

Bilan carbone de l’éolienne

L’analyse du cycle de vie (ACV) des éoliennes montre qu’elles ont une empreinte carbone globalement très faible, avec des émissions comprises entre 10 et 30 gCO2eq/kWh, selon qu’elles soient terrestres ou offshore​

Le taux de recyclage des matériaux, qui dépasse les 85 %, renforce leur attrait écologique. Toutefois, les défis liés au recyclage des pales en composites constituent une limite actuelle, même si des progrès technologiques sont en cours. Avec l’amélioration des technologies de recyclage et l’utilisation de matériaux plus durables, l’énergie éolienne pourrait encore réduire son impact environnemental à l’avenir, consolidant ainsi sa position comme l’une des sources d’énergie les plus respectueuses du climat.

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3. BILAN CARBONE DE LA BIOMASSE

L’énergie issue de la biomasse, bien que perçue comme une alternative aux énergies fossiles, est souvent critiquée pour ses émissions directes de CO2 lors de la combustion. Cependant, son empreinte carbone dépend fortement de la gestion durable des ressources et du cycle de vie complet de la biomasse.

FABRICATION DE LA BIOMASSE

La construction des installations de biomasse entraîne des émissions de CO2, notamment dues à la fabrication et au transport des matériaux, tels que l’acier, le béton et les équipements techniques. Selon une étude de l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE), l’empreinte carbone associée à la construction des centrales de biomasse est estimée entre 10 et 20 gCO2eq/kWh, en fonction de la taille et de la complexité des installations​. Les émissions indirectes, telles que celles liées à la production des matériaux ou au transport du combustible (bois, déchets organiques), doivent également être prises en compte dans ce calcul.

UTILISATION DE LA BIOMASSE

Pendant la phase d’utilisation, la biomasse libère du CO2 lors de la combustion, ce qui peut conduire à des niveaux d’émissions significatifs. Contrairement à la croyance populaire, la biomasse n’est pas « neutre en carbone ». L’impact carbone de la combustion dépend de plusieurs facteurs :

1. Type de biomasse : La combustion de bois, de déchets agricoles ou de biocarburants peut générer entre 50 et 100 gCO2eq/kWh​. Par exemple, la combustion de pellets de bois, souvent importés de grandes distances, peut être particulièrement polluante en raison du transport.
2. Gestion des ressources : La biomasse n’est considérée comme durable que si la quantité de carbone capturé par la croissance des plantes ou des arbres est égale ou supérieure à celle émise lors de la combustion. Cependant, dans de nombreux cas, le déboisement, la dégradation des sols et les émissions indirectes liées à la production de biomasse (transport, transformation) réduisent cette durabilité.
3. Temps de régénération : Si les forêts ou cultures utilisées comme biomasse ne sont pas régénérées rapidement, le bilan carbone devient négatif. Par exemple, il peut falloir plusieurs décennies pour que les forêts absorbent à nouveau tout le CO2 émis lors de la combustion des arbres coupés.

FIN DE VIE ET RECYCLAGE DE LA BIOMASSE

Les installations de biomasse, souvent de plus petite taille que les centrales thermiques classiques, comportent des matériaux recyclables, comme le métal et le béton. Le taux de recyclage pour ces installations est estimé à environ 80 %​. Cependant, des défis persistent concernant le traitement des cendres issues de la combustion de la biomasse, qui peuvent contenir des métaux lourds ou d’autres contaminants, et doivent être gérées conformément aux régulations environnementales pour éviter la pollution des sols et des eaux.

Bilan carbone de la biomasse

Le bilan carbone complet de l’énergie issue de la biomasse doit être évalué sur l’ensemble de son cycle de vie (analyse du cycle de vie ou ACV). Avec une empreinte carbone variant de 50 à 100 gCO2eq/kWh, l’énergie biomasse présente des émissions supérieures à celles des énergies renouvelables comme l’éolien ou le solaire. Ce bilan peut s’alourdir si la gestion durable des ressources n’est pas assurée, notamment en ce qui concerne le reboisement ou la régénération des matières premières. Ainsi, bien que la biomasse offre une alternative aux combustibles fossiles, elle reste une option controversée en raison des défis liés à son empreinte carbone et à la durabilité de ses pratiques de production et de gestion.

Retrouvez en fin d’article les émissions des autres sources d’énergie.

L’Importance de l’Analyse du Cycle de Vie et du Recyclage

L’adoption d’une Analyse du Cycle de Vie (ACV) est cruciale pour comprendre l’impact environnemental réel des énergies renouvelables. En prenant en compte la fabrication, l’utilisation, et la fin de vie des infrastructures, ainsi que le taux de recyclage des matériaux, on peut mieux évaluer leur contribution à la réduction des émissions de CO2.

• L’énergie solaire présente un taux de recyclage d’environ 85 à 90 %, avec une empreinte carbone variant en fonction du pays de fabrication.
• L’énergie éolienne se distingue par son taux de recyclage élevé de 85 %, malgré des défis liés aux pales en composites.
• L’énergie hydraulique offre un taux de recyclage supérieur à 90 %, avec une empreinte carbone très faible à long terme.
• L’énergie biomasse, bien qu’ayant un taux de recyclage de 80 %, présente une empreinte carbone plus élevée, ce qui la rend moins favorable en comparaison avec d’autres technologies.

Le recyclage des matériaux en fin de vie joue un rôle fondamental dans la réduction de l’empreinte carbone des énergies renouvelables. En améliorant les technologies de recyclage, notamment pour les panneaux solaires et les pales d’éoliennes, nous pourrons encore réduire les émissions et maximiser les bénéfices environnementaux de ces technologies.

Les émissions carbone (CO2) par source d’énergie

Ce tableau présente les émissions de CO2 en kgCO2e/kWh pour différentes sources d’énergie. Les conclusions sont les suivantes :

Nucléaire : très faible en émissions (0,006 kgCO2e/kWh), ce qui en fait une option bas carbone.

Bioéthanol, biométhane, bois : émissions modérées (entre 0,0163 et 0,144 kgCO2e/kWh), ces sources sont renouvelables mais impliquent des émissions liées à leur cycle de vie.

Gaz naturel, propane, butane, fioul domestique : plus émetteurs (0,243 à 0,314 kgCO2e/kWh), ces énergies fossiles contribuent de manière significative aux émissions.

Électricité produite à partir de gaz, fioul et charbon : très fortes émissions, en particulier le charbon (1,06 kgCO2e/kWh), ce qui souligne l’impact environnemental majeur des centrales fossiles.

En résumé, les énergies fossiles (gaz, fioul, charbon) sont par nature, les plus polluantes que les énergies renouvelables et que le nucléaire.

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