Combien d'années faut-il à des panneaux photovoltaïques pour restituer l'électricité préalablement investie dans leur fabrication? Cette question suscite une certaine confusion entre les notions de «remboursement» et de «coefficient de retour» énergétiques. Explications.
     Tout dispositif de production d'électricité par transformation d'énergie primaire réalisée à partir d'une source renouvelable «gratuite» (soleil, vent, hydraulique, biomasse) est composé d'éléments plus ou moins élaborés à partir de matières premières, non gratuites quant à elles. L'infrastructure d'une éolienne comprend notamment les fondations, le mât, la nacelle, l'alternateur, la boîte d'engrenage, les pales ou l'électronique de réglage.
    Pour une installation photovoltaïque, il s'agit des cellules solaires, du verre, d'un film de scellement, du cadre, du câblage, des supports, de l'onduleur pour transformer le courant continu issu des modules photovoltaïques en un courant alternatif conforme au réseau électrique, ou encore d'un dispositif de régulation électronique.
     Ces composants ont été préalablement fabriqués à partir de produits intermédiaires, eux-mêmes formés de matières premières ayant subi des transformations multiples, de l'extraction des matériaux bruts dans des mines jusqu'à la mise en forme, en passant par le raffinage. Ces procédés chimiques, physiques et mécaniques représentent un coût énergétique sous forme de chaleur et d'électricité. C'est l'énergie cachée, dite «grise», investie en amont, dans la fabrication de tout objet.

Des matériaux énergivores
     La plupart des modules photovoltaïques actuels sont basés sur des assemblages de cellules solaires de 0,1 à 0,8 millimètre d'épaisseur, constitués de plaques de silicium de grande pureté chimique, dite de qualité électronique. La préparation de ce matériau à partir de la silice (oxyde de silicium SiO₂) naturelle, également présente dans les nombreux silicates de la croûte terrestre, représente un ensemble de procédés particulièrement gourmands en énergie.
     C'est pourquoi la recherche travaille désormais à la mise au point de cellules à couches minces de l'ordre du micromètre d'épaisseur (1 à  3 mm) qui réduisent très fortement les quantités de silicium nécessaires. Ces couches sont en général déposées à l'aide d'un gaz, le silane (SiH₄), également issu de la silice, via le silicium très pur.

Progrès en vue
     Dans les meilleures conditions, il s'agit d'un ouvrage d'une puissance installée de 1 kilowatt sous un ensoleillement de 1.000 watts par mètre carré. Ainsi, une installation de 8 mètres carrés avec un rendement de conversion de 12,5% fournira en vingt-cinq années de fonctionnement quelque 20.000 à 30.000 kilowattheures d'énergie électrique selon l'endroit où elle se trouve.
     Le calcul destiné à évaluer la quantité d'énergie grise investie dans la fabrication d'une telle installation est sujet à des hypothèses extrêmes. Il est relativement complexe car les matériaux utilisés ont été fabriqués à l'aide de différentes sources d'énergie, et dans des pays caractérisés par différents types de production d'électricité.
     Selon les filières (silicium monocristallin, polycristallin ou amorphe, couches minces simples, doubles ou triples, autres semi-conducteurs), le temps de remboursement énergétique, durant lequel l'installation doit produire en électricité l'équivalent de son énergie grise est de l'ordre de 3 à 5 ans. Mais le potentiel d'amélioration est important. Les nouvelles filières à couches minces permettront de descendre à 1 à 2 ans, voire moins si l'on ne considère que les modules eux-mêmes.
     Quant au coefficient de retour énergétique, appelé «Erntefaktor» en allemand, il représente le quotient de la durée de vie productive de l'installation par son temps de remboursement énergétique, Si la durée de vie retenue est de 25 ans, ce coefficient est actuellement de l'ordre de 4 à 8. Il pourra s'élever à 10, 12, voire à 15 avec l'avènement des futures couches minces. Autrement dit, l'installation photovoltaïque «rendra» 10 à 15 fois son énergie grise. Ce progrès améliorera la compétitivité de cette source d'énergie dans des proportions considérables.