En 2022, les installations mondiales de capacité photovoltaïques ont atteint un chiffre record de 268 GW [1] pour une capacité cumulée de 1,2 TW [2]. Si l’énergie photovoltaïque est essentielle pour réussir la transition énergétique, en permettant de remplacer rapidement et à un coût compétitif les énergies fossiles, elle doit encore satisfaire à d’importantes exigences quant à sa circularité.

Aujourd’hui, les technologies basées sur le Si représentent plus de 95% du marché mondial [3]. Outre le procédé de purification du Si, consommateur en énergie et matières premières, l’étape de découpe des wafers est critique, puisque près de 40% de la matière est perdue sous forme de kerf, un mélange de copeaux de Si et de liquide de découpe. Fortement contaminé par des éléments tels que le carbone, l’oxygène ou l’aluminium, le Si contenu dans cette boue n’est actuellement pas revalorisé mais considéré comme un déchet. Il y a un ainsi un vrai besoin de développer un procédé dédié à la purification du kerf, afin de permettre sa réutilisation dans la chaine de valeur du Si.

D’autre part, les quantités de modules arrivant en fin de vie sont en pleine explosion, et on estime que d’ici 2030, il faudra traiter près de 400 000 tonnes de modules en Europe [4]. Bien que les recycleurs traditionnels aient adopté des techniques de broyage, celles‐ci sont largement inefficaces, puisqu’elles ne permettent ni de récupérer l’entièreté des matériaux, ni de le faire avec un haut niveau de pureté. Ainsi, ces dernières années ont vu l’émergence de procédés de recyclage à haute valeur ajoutée, permettant de mettre en place des solutions plus durables pour le traitement des déchets photovoltaïques.

Dans cette présentation, nous démontrerons que l’innovation et le développement de procédés dédiés permettent de relever ces défis, afin de soutenir le développement de la filière photovoltaïque répondant aux enjeux de circularité.

Références :
[1] Sandra Enkhardt 2022, ‘Global solar capacity additions hit 268 GW in 2022, says BNEF’, pv magazine, 2022
[2] IEA (2020), ‘World Energy Outlook 2020, IEA’, Paris https://www.iea.org/reports/world‐energyoutlook‐2020, License: CC BY 4.0, 2020
[3] IEA PVPS, ‘Trends in photovoltaic applications 2022’, IEA PVPS trends Reports – Task 1, 2022
[4] SolarPower Europe (2022), ‘European Market Outlook For Solar Power 2022‐2026’, 2022

Les engagements en faveur de la décarbonation de la mobilité poussent les acteurs du secteur à accroître leurs efforts en faveur d’une transition vers les véhicules électriques. En 2025, les capacités de recyclage devront être capables d’absorber 50 000 tonnes d’équivalent Batteries (200 000 unités)... 150 000 tonnes en 2030.

Cette stratégie entraîne un accroissement exponentiel de la demande en métaux stratégiques (nickel, cobalt, lithium, cuivre…) présents dans les batteries des véhicules électriques.

De multiples questions se posent concernant le développement de ce nouveau marché :

• La question de l’accès à la ressource en métaux stratégiques au sein de l'Union Européenne et de la France compte tenu des zones de production (Congo, chine, Chili...).
• Le risque inflationniste de la valeur de ces métaux, ou tout le moins une variation erratique des cours qui pèserait sur la rentabilité économique de la filière.
• La raréfaction programmée de certaines ressources minières (cobalt) compte tenu d’une surexploitation des sous‐sols en vue d'approvisionner la production des cathodes.
• La question environnementale liée à l’exploitation minière, à la transformation des minerais et au transport des matières prétraitées.
• L’enjeu de la fin de vie des batteries en terme environnemental et le sujet de la gestion des scraps issus des Giga‐Factories qui produisent les batteries.

Pour répondre en partie à ces questions, une Réglementation Européenne incitative en phase avec la Stratégie d’indépendance sur les matières stratégiques est en cours de validation. Elle vise à recycler une
grande part des batteries sur le territoire européen en fixant des taux d’extraction des matières extrêmement ambitieux permettant une approche vertueuse de la vie de la batterie.

Depuis plus de 10 ans, le Groupe VEOLIA explore des voies de recyclage des batteries VE en fin de vie et des sous‐produits de leurs productions. Des méthodes prenant en compte la gestion des risques intrinsèques à la manipulation de batteries usagées, leur mise en sécurité, leur démantèlement, le broyage des fractions unitaires et l’extraction sélective des métaux stratégiques par voie chimique. Ces travaux ont abouti à un premier concept pilote qui a confirmé la pertinence de la technologie étudiée.

L’enjeu est maintenant de passer à un démonstrateur « pré‐industriel » permettant de recycler chimiquement l’équivalent de 4 000 à 7 000 tonnes de “Black Mass” (10 000 à 20 000 tonnes batteries VE) issues du broyage & pré‐traitement de batteries de véhicules électriques afin d’en extraire les métaux stratégiques et les réintroduire dans les boucles industrielles de production. Ce projet engagé début 2022, démarrera industriellement au dernier trimestre 2023.

Ce sont près de 391Mt de polymères qui sont produits dans le monde (57Mt en Europe), polymères que l’on retrouve dans de très nombreux secteurs applicatifs : l’emballage (44%), la construction (18%), l’automobile (8%), l’électronique et électrotechnique (7%), l’habitat et les loisirs (7%), etc. [1]. Aussi, les polymères les plus largement utilisés sont les polyoléfines (PE, PP 53%), le polystyrène (PS 5,3%), les polyuréthanes (PUR 5,5%) et le polyéthylène téréphtalate (PET 6,2%).

Placer les polymères dans un contexte d’économie circulaire impose bien évidemment de reconsidérer certaines de leurs utilisations,notamment en recherchant une réduction de leur usage quand cela est possible, mais plus généralement d’assurer une plus grande circularité (notamment en s’intéressant à leur ré‐utilisation ‘matière’ et/ou par un retour à des briques élémentaires comme des monomères), leur conception (par exemple en leur conférant de multiples fonctions pour éviter des multimatériaux ou en considérant des composants différents comme ceux issus de ressources renouvelables) ainsi que leur durabilité (incluant leur réparabilité). Comme on peut le voir, toutes ces voies impliquent la chimie. Le recyclage est ainsi une des voies contribuant à la circularité des matières [2] et l’intégration des matériaux dans une démarche d’économie circulaire.

Même si les différents types de matériaux présents dans les gisements de déchets à recycler ont des spécificités quant aux méthodes d’extraction, de purification, de ré‐introduction, le même ensemble d’approches peuvent être déployées. C’est le cadre du Programme d’Equipements & de Projets de Recherche (PEPR) attaché à la Stratégie d’Accélération ‘Recyclage, Recyclabilité & Ré‐Utilisation des Matières’ opérée par France 2030 actuellement. Les axes de recherche de ce programme lancé pour les six années à venir pour cinq classes de matériaux (plastiques, métaux stratégiques, composites, textiles et papiers/cartons) mais aussi de manière systémique sur des filières (batteries, H₂, éolien, photovoltaïque, DEEE, etc.) en impliquant l’ensemble des sciences (chimie bien entendu) seront exposés dans cette présentation.

Référence :
[1] Plastics‐ the Facts 2022. Plastics Europe. Oct. 2022, 81p.

La gestion des déchets est une priorité et une préoccupation majeure à l’échelle mondiale. Elle comporte de nombreux défis environnementaux, sociétaux et économiques. La santé publique et la préservation des ressources naturelles deviennent un enjeu de tous les instants.

En tant qu’industriel, spécialisé dans la gestion des déchets ménagers et assimilés et des activités économiques, il est de notre devoir d’apporter des solutions innovantes pour transformer ces déchets en ressources. Aussi, notre métier est de concevoir à la fois des systèmes de gestion des déchets adaptés aux besoins des zones urbaines et des campagnes, en utilisant des technologies intelligentes pour améliorer la collecte, le tri et le recyclage.

La réutilisation des résidus urbains issus des déchets ménagers incinérés, appelés mâchefers, après transformation et valorisation permet de préserver et réduire notre dépendance face aux ressources naturelles, par la récupération de métaux et la création d’un matériau alternatif comparables aux caractéristiques des matières premières naturelles.

C’est tout l’objectif que s’est fixé le groupe PIZZORNO Environnement, en développant une technologie de réutilisation du produit alternatif issus des mâchefers en l’intégrant dans le béton pour la fabrication de pavés biorecyclés. Ainsi, les déchets d’hier deviennent de véritables ressources de demain.

Le recyclage des matériaux est un enjeu mondial dicté par des objectifs environnementaux et confrontés aux règles nécessaires au contrôle des risques et des conflits. Le secteur a débuté récemment sa mutation face aux volumes à traiter qui se chiffre en millions de tonnes et dont les savoirs sont insuffisants, sauf pour l’eau.

La notion de recyclage des métaux est l’axe le plus important pour disposer des matières premières importées. Cependant, la complexité des alliages ou des objets conçus (panneau photovoltaïque, batteries, circuits électroniques verres, papier, textiles complexes, aimants permanents, câbleries) imposent en fait pour chaque produit une démarche scientifique innovante de type génie chimique ou génie de bio engineering encadrée par les aspects économiques et environnementaux.

En fait, le recyclage est une nouvelle discipline de nos activités industrielles mais sans création de valeur et très complexe à gérer sur le plan de sa position stratégique et environnementale. Elle apparait coûteuse et elle exige des subventions pour exister et éviter la mise en décharge traditionnelle peu coûteuse.

Cette discipline permet le recyclage des matériaux déjà employés mais elle présente un bilan carbone négatif face à nos désirs contradictoires.

Aussi dans le cadre de ce colloque, je présenterai le cas de matériaux récents en fort développement tels que les panneaux photovoltaïques et les batteries et enfin l’emploi de la biotechnologie pour le recyclagedes terres rares.