Les énergies renouvelables, à l’image de l’éolien, du solaire ou de l’hydraulique, figurent par essence parmi celles ayant l’impact carbone le plus faible. Mais elles ne sont pas pour autant totalement neutres. L’éolien émet en moyenne 15g de CO2 par kWh produit, les panneaux solaires 45g, et certaines bioénergies jusqu’à 250g de CO2 par kWh[1]. Mais serait-il possible de rendre ces énergies vertes encore plus vertes au fil du cycle de vie de leurs infrastructures ? Dans cet article, Alcimed décrypte les leviers qui permettraient d’y parvenir.
La majeure partie des émissions de CO2 liées aux énergies renouvelables peut être imputée aux matériaux utilisés. Alors que les centrales hydrauliques utilisent d’importantes quantités de béton, les panneaux solaires utilisent quant à eux du silicium, du verre, du plastique, du cuivre et de l’argent, et les éoliennes principalement de l’acier, du béton et des composites. L’extraction des matières premières ainsi que la fabrication de ces matériaux émet d’importantes quantités de CO2.
Il est possible de réduire ces émissions en préférant les matériaux les moins émetteurs de CO2, en suivant des pratiques d’écodesign réduisant les quantités de matières nécessaires, ou encore en s’approvisionnant auprès d’industriels proposant des matériaux bas carbone grâce à des formulations plus durables et à l’utilisation d’un mix-énergétique décarboné pour alimenter les process de production. Par exemple, des aciers et bétons bas carbone respectivement jusqu’à 10 fois et 2 fois moins émetteurs de CO2 que des aciers et bétons classiques – tout en ayant les mêmes propriétés mécaniques – peuvent être utilisés. Cependant, le coût de ces matériaux reste aujourd’hui un frein à leur utilisation car il pourrait fortement compromettre la rentabilité de certains projets.
A titre d’exemple, environ 75% de l’impact carbone des éoliennes est imputable à l’extraction et à la transformation des matériaux, principalement le béton et l’acier[2]. Cela représente, selon les types d’éoliennes, des émissions comprises en moyenne entre 10 gCO2/kWh et 15 gCO2/kWh. Le basculement vers des alternatives bas carbone permettrait en théorie de réduire de moitié l’impact lié aux matériaux.
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Rendre une énergie verte encore plus verte ne se limite pas à réduire son empreinte carbone ! Il est également nécessaire d’inclure dans l’équation tous les autres impacts de ces installations sur l’environnement : la biodiversité, les forêts, l’eau douce, l’acidification des océans, les cycles de l’azote et du phosphate, les pollutions chimiques, les aérosols émis dans l’atmosphère …
Les projets hydroélectriques, par exemple, modifient les schémas d’écoulement naturel de l’eau, entraînant notamment la perte d’habitats terrestres et aquatiques. Ils peuvent constituer des barrières à la migration des poissons. Si en amont de ces projets, des réflexions doivent être menées pour choisir un emplacement minimisant les impacts sur les écosystèmes sensibles et les espèces menacées, des structures (échelles, élévateurs, …) doivent par la suite être mises en place pour permettre aux poissons de migrer en amont et en aval des barrages hydroélectriques et de nouveaux écosystèmes doivent être créés dans les zones impactées par ces projets.
D’autres potentiels effets néfastes des énergies renouvelables sur la biodiversité peuvent également être, par exemple, le risque de collision des oiseaux et chauves-souris avec les éoliennes, notamment en période de migration. L’importante quantité d’eau nécessaire pour la production d’hydrogène peut réduire la disponibilité de cette ressource essentielle et ainsi affecter les écosystèmes locaux. L’enfouissement de panneaux solaires usagés contenant du plomb ou du cadmium peut polluer les sols, et les risques sismiques induits par l’injection d’eau dans la croûte terrestre pour en extraire de l’énergie thermique peut entrainer des instabilités des sols et des glissements de terrain impactant négativement la biodiversité locale.
Les opérations d’installation, de maintenance et de déconstruction sont également responsables d’une partie non négligeable des émissions des énergies renouvelables.
Pour réduire les émissions émises lors de l’installation, il est nécessaire d’optimiser l’acheminement des matériaux et des différents équipements, de privilégier des lieux disposant d’un mix énergétique peu carboné lors des étapes de production et d’assemblage, et d’optimiser le déroulement de l’installation.
Réduire les émissions liées aux opérations de maintenance consiste bien souvent à limiter les déplacements d’opérateurs utilisant des moyens de transport polluants, qu’ils se fassent au sol, dans les airs ou en mer. Pousser la digitalisation, la maintenance prédictive et l’inspection à distance, par exemple par drone, permettrait de diminuer l’impact de la maintenance sur le bilan carbone de l’installation.
Enfin, tout comme pour l’installation, la déconstruction doit être optimisée afin d’éviter les trajets inutiles et consommer le moins d’énergie possible.
Par exemple, dans le cas des éoliennes offshore, installées en pleine mer avec des navires volumineux très émetteurs de CO2, il faut encourager l’utilisation de navires plus propres, et optimiser les étapes d’installation afin de réduire le temps d’utilisation des navires. Une solution allant dans ce sens consistant en l’assemblage de l’éolienne au sol, au niveau d’un port, avant de l’acheminer en pleine mer est d’ailleurs en train d’être envisagée par certains acteurs comme Seawind. Les émissions de CO2 qui pourraient être évitées grâce à la mise en place de telles mesures sont aujourd’hui difficiles à chiffrer mais pourraient être de l’ordre de 2g de CO2 par kWh supplémentaire[2].
Augmenter le taux d’utilisation et la durée de vie des différents moyens de production d’énergie est également un moyen simple d’améliorer leur bilan carbone. En effet, si pour une même quantité de CO2 émise lors de l’extraction des matériaux, l’installation et la déconstruction, plus d’électricité est générée sur une plus longue période, cela impactera évidemment positivement le bilan des émissions de CO2 émises par quantité d’énergie produite.
En augmentant le taux d’utilisation d’un panneau solaire de 15%, ainsi que sa durée de vie de 5 ans, pour passer de 25 ans à 30 ans, les émissions pourraient être diminuées de 30% soit d’environ 14g de CO2 par kWh.
Le recyclage des matériaux est un autre levier possible du fait de son impact sur le bilan carbone global d’un équipement ou d’une installation. Cependant, si des matériaux comme l’acier ou le cuivre sont aujourd’hui très largement recyclables et réutilisables sans perte de propriétés physiques, mécaniques et électriques, d’autres matériaux recyclés souffrent de performances trop dégradées pour être réutilisés dans leur application d’origine. C’est notamment le cas des bétons de déconstruction, dont le recyclage impacte leurs caractéristiques physico-chimiques, diminuant notamment leur résistance mécanique. De leur côté, les composites thermodurcissables sont difficiles à recycler et ne peuvent pas être réutilisés dans des applications structurelles. Leur remplacement par des thermoplastiques recyclables pourrait changer la donne, mais ces nouveaux composites sont encore au stade de développement.
Dans le cas des panneaux solaires, dont plus de 90 % de la masse (verre, plastiques et aluminium) peut être recyclée[3], sa mise en place permettrait de soutirer 30% à 50% des émissions tout au long de leur cycle de vie, soit environ 14g à 23g de CO2 par kWh.
S’il est théoriquement possible de réduire l’impact carbone des matériaux et des différentes phases d’exploitation des infrastructures de production d’énergie, les solutions qui le permettent représentent bien souvent un coût supplémentaire encore difficile à absorber et certaines alternatives ne sont pas encore suffisamment matures pour être implémentées à court terme. De plus, rendre les énergies vertes encore plus vertes nécessiterait aussi de limiter leur impact environnemental bien au-delà de leur émission carbone, et de nombreux problèmes restent à régler pour éviter les autres types de pollution et pour préserver la biodiversité et les ressources naturelles.
Gageons, qu’à force d’innovation, ces barrières technologiques et économiques soient levées dans les prochaines années. Notre équipe se tient prête à explorer ces opportunités de décarbonation avec vous ! N’hésitez pas à nous contacter.
[1] GIEC
[2] Estimations d’Alcimed
[3] Les panneaux photovoltaïques sont-ils recyclables ? Décrypter L’énergie.
A propos de l’auteur,
Sébastien, Consultant senior au sein de l’équipe Energie Environnement Mobilité d’Alcimed en France
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