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Temps de retour carbone

Définition et empreinte carbone du photovoltaïque

Qu’est-ce que le temps de retour carbone ?


La fabrication d’une installation photovoltaïque, son exploitation et son démantèlement ont une empreinte carbone. Lorsque cet équipement permet d’éviter d’émettre du CO2, comme cela peut être le cas des énergies renouvelables, il est possible de calculer le temps nécessaire au remboursement de la "dette" carbone.


Le temps de retour carbone est égal au ratio entre l’empreinte carbone de l’équipement sur l’ensemble de son cycle de vie et les émissions évitées par celui-ci sur une année. Il se mesure en général en années.

Emissions évitées et temps de retour

Un mix français peu carboné


Si le photovoltaïque remplace une énergie faiblement carbonée, les émissions évitées sont faibles voire nulles. S’il remplace une énergie dont l’empreinte carbone est plus faible que la sienne, les émissions de CO2 peuvent même être positives sur un périmètre mondial. Le mix électrique français étant peu carboné, la question de la pertinence du photovoltaïque en France pour le climat peut se poser.

 

 

Quel temps de retour en 2030 ?

Plus les énergies renouvelables se développeront en France et en Europe, plus il y aura de chances qu’une production photovoltaïque à une heure donnée se substitue à une production décarbonée et non à une production gaz ou charbon. Sur le long-terme, les émissions évitées par kilowattheure devraient donc diminuer, tout en restant positive.

D’après une étude publiée en 2020 de France Territoire Solaire publiée, si la trajectoire de développement des EnR prévue par la PPE est respectée, le photovoltaïque permettra d’éviter 270 gCO2eq/kWh en 2030, auxquels doivent être retirées les émissions liées à l'empreinte carbone du photovoltaïque (44 gCO2/kWh dans l'étude du NREL, 32 gCO2/kWh dans l'étude de France Territoire Solaire). Si l'arrêt des réacteurs est retardé, les émissions évitées seront plus faibles, inversement, si les la capacité photovoltaïque installée est plus faible que prévue, les émissions évitées seront plus importantes.

PV CO2 FTS.pngÉmission évitées par une production d'un kWh photovoltaïque en 2030 sur la base d'un scénario où les objectifs de la PPE sont atteints. Source : Analyse de l’impact climat de capacités additionnelles solaires photovoltaïquesen France à horizon 2030, France Territoire Solaire, 2020.
L'empreinte de 1 kWc est d'environ 1,7 tCO2

Quelle est l’empreinte carbone du photovoltaïque ?


Les Analyses de Cycles de Vie (ACV) permettent de calculer l’empreinte carbone du photovoltaïque. Elles sont toutefois soumises à une forte incertitude liée notamment à la méthodologie utilisée. Pour la suite, nous nous baserons sur la méta-analyse du NREL(Laboratoire National des Energies Renouvelables, aux Etats-Unis) qui fournit une empreinte complète évaluée à 44g CO2-eq/kWh.

Les estimations du NREL ont été réalisées pour un ensoleillement proche de celui du sud de la France (1 700 kWh/m2.an) où une installation PV de 1 kWc produit environ 38 MWh sur sa durée de vie. Sur la base de ce calcul, l’empreinte totale serait donc d’environ 1,7 tCO2 pour 1 kWc.


Une part significative de l’empreinte du photovoltaïque est liée à l’électricité utilisée pour la production des modules et des produits intermédiaires nécessaires à leur fabrication (lingots de silicium, wafers, cellules). Or, la consommation d’électricité nécessaire à la fabrication de 1 kWc tend à diminuer. De plus, l’électricité utilisée est de moins en moins carbonée. Ainsi, l’empreinte carbone du photovoltaïque tend à diminuer avec le temps. Des estimations plus récentes fournissent ainsi des chiffres inférieurs à 30 gCO2/kWh , y compris pour des installations dont le matériel a été fabriqué en Asie.


Les modules constituent le plus souvent l’essentiel de l’empreinte carbone d’un système photovoltaïque.

Ceux utilisés dans le cadre des appels d’offres de la CRÉ ont une empreinte moyenne de 550 gCO2/kWc, ce qui correspond à 15 gCO2-eq/kWh pour les seuls modules, mais ne prend pas en compte l’impact carbone des autres équipements comme les onduleurs et les câbles, ou les travaux.

Dernière Mise à jour : 08/06/2022
Article suivant Emissions évitées et temps de retour

L'éolien et le photovoltaïque en France se substituent presque exclusivement à une production électrique gaz ou charbon

Note bilan CO2 RTE.png

Cette information est le résultat d'une étude de RTE menée dans le cadre du bilan prévisionnel 2019.

Depuis plusieurs années, la production nucléaire française diminue, cette baisse est toutefois liée à des causes intrinsèques à la filière.

Une­ réduction ­significative­ de­ la­ production­ annuelle des réacteurs  nucléaires a certes été enregistrée depuis les années  2000,  et principalement entre 2005 (production annuelle de  30 TWh) et 2016 (production de 384 TWh, soit une baisse de près de 50 TWh en un peu plus de dix ans). Cette réduction tient principalement aux performances du parc nucléaire, dont les réacteurs font l’objet d’arrêts plus fréquents et plus longs, notamment dans le cadre du programme du « grand carénage ». RTE a analysé en détail les conséquences ces  arrêts et leurs  conséquences sur la sécurité d’approvisionnement dans le cadre des derniers Bilans prévisionnels.

Les énergies renouvelables —prioritaires sur le réseau —peuvent entrainer une baisse de la production nucléaire lors des périodes de faible prix sur le marché de l'électricité. Ce phénomène, marginal en 2019, devrait le rester dans les années à venir, mais pourrait se développer à plus long-terme.

La faculté, pour certains réacteurs nucléaires, de pouvoir moduler leur production constitue une caractéristique  importante  du  parc  français,  qui  n’est pas récente et était déjà nécessaire dans les années 1990 et 2000 pour adapter la production au­ profil­ de­ consommation­ (la­ France­ disposant­ majoritairement de nucléaire dans son mix et moins de centrales au gaz ou au charbon que les pays voisins). Dans le contexte d’aujourd’hui, la modulation à la baisse de la production des réacteurs nucléaires en périodes de grande abondance de production renouvelable est un phénomène qui existe, mais demeure rare et se produit essentiellement lors des périodes de faible consommation électrique (en particulier  certains  week-ends et jours fériés). Il intervient pour des raisons économiques (quand les prix de marché sont bas), dans le  cadre  d’une  gestion  de  stock : hors cas spécifiques,­ la­ production­ est­ souvent­ simplement­ reportée.

L'éolien et le photovoltaïque remplacent donc essentiellement une production électrique thermique à base de charbon ou de gaz, en France, ou à l'étranger via les exports.

En conséquence, l’augmentation de la production éolienne et solaire en France se traduit par une réduction de l’utilisation des moyens de production thermiques

Les émissions totales évitées par l'éolien et le photovoltaïque sont de l'ordre de 22 MT CO2 en 2019 pour 46 TWh produits. En moyenne, 1 kWh éolien ou photovoltaïque évite ainsi l'émission de 480 gCO2/kWhe.

Pour obtenir une évaluation des émissions évitées grâce à la production éolienne et solaire, RTE a simulé ce que serait le fonctionnement du système électrique actuel sans ces installations. Cette étude, restituée dans le rapport technique du Bilan prévisionnel 2019, chiffre les émissions évitées à environ 22 millions de tonnes de CO2 par an (5 millions de tonnes en France et 17 millions de tonnes dans les pays voisins).

Un temps de retour carbone d'environ 3 ans en 2019

L'empreinte carbone d'un kilowatt-crête photovoltaïque est de l'ordre de 1,7 tCO2. Sur un an, ce kilowatt-crête produit en moyenne 1 150 kWh en France (ensoleillement de la région lyonnaise) et permet donc d'éviter l'émission d'environ 550 kg de CO2 par an sur la base du fonctionnement du mix électrique français en 2019. Il faut donc environ 3 ans pour rembourser la dette carbone pour une installation photovoltaïque en France en 2019.

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Qu’est-ce que le temps de retour carbone ?


La fabrication d’une installation photovoltaïque, son exploitation et son démantèlement ont une empreinte carbone. Lorsque cet équipement permet d’éviter d’émettre du CO2, comme cela peut être le cas des énergies renouvelables, il est possible de calculer le temps nécessaire au remboursement de la "dette" carbone.


Le temps de retour carbone est égal au ratio entre l’empreinte carbone de l’équipement sur l’ensemble de son cycle de vie et les émissions évitées par celui-ci sur une année. Il se mesure en général en années.

L'empreinte de 1 kWc est d'environ 1,7 tCO2

Quelle est l’empreinte carbone du photovoltaïque ?


Les Analyses de Cycles de Vie (ACV) permettent de calculer l’empreinte carbone du photovoltaïque. Elles sont toutefois soumises à une forte incertitude liée notamment à la méthodologie utilisée. Pour la suite, nous nous baserons sur la méta-analyse du NREL(Laboratoire National des Energies Renouvelables, aux Etats-Unis) qui fournit une empreinte complète évaluée à 44g CO2-eq/kWh.

Les estimations du NREL ont été réalisées pour un ensoleillement proche de celui du sud de la France (1 700 kWh/m2.an) où une installation PV de 1 kWc produit environ 38 MWh sur sa durée de vie. Sur la base de ce calcul, l’empreinte totale serait donc d’environ 1,7 tCO2 pour 1 kWc.


Une part significative de l’empreinte du photovoltaïque est liée à l’électricité utilisée pour la production des modules et des produits intermédiaires nécessaires à leur fabrication (lingots de silicium, wafers, cellules). Or, la consommation d’électricité nécessaire à la fabrication de 1 kWc tend à diminuer. De plus, l’électricité utilisée est de moins en moins carbonée. Ainsi, l’empreinte carbone du photovoltaïque tend à diminuer avec le temps. Des estimations plus récentes fournissent ainsi des chiffres inférieurs à 30 gCO2/kWh , y compris pour des installations dont le matériel a été fabriqué en Asie.


Les modules constituent le plus souvent l’essentiel de l’empreinte carbone d’un système photovoltaïque.

Ceux utilisés dans le cadre des appels d’offres de la CRÉ ont une empreinte moyenne de 550 gCO2/kWc, ce qui correspond à 15 gCO2-eq/kWh pour les seuls modules, mais ne prend pas en compte l’impact carbone des autres équipements comme les onduleurs et les câbles, ou les travaux.

Emissions évitées et temps de retour

Un mix français peu carboné


Si le photovoltaïque remplace une énergie faiblement carbonée, les émissions évitées sont faibles voire nulles. S’il remplace une énergie dont l’empreinte carbone est plus faible que la sienne, les émissions de CO2 peuvent même être positives sur un périmètre mondial. Le mix électrique français étant peu carboné, la question de la pertinence du photovoltaïque en France pour le climat peut se poser.

 

 

L'éolien et le photovoltaïque en France se substituent presque exclusivement à une production électrique gaz ou charbon

Note bilan CO2 RTE.png

Cette information est le résultat d'une étude de RTE menée dans le cadre du bilan prévisionnel 2019.

Depuis plusieurs années, la production nucléaire française diminue, cette baisse est toutefois liée à des causes intrinsèques à la filière.

Une­ réduction ­significative­ de­ la­ production­ annuelle des réacteurs  nucléaires a certes été enregistrée depuis les années  2000,  et principalement entre 2005 (production annuelle de  30 TWh) et 2016 (production de 384 TWh, soit une baisse de près de 50 TWh en un peu plus de dix ans). Cette réduction tient principalement aux performances du parc nucléaire, dont les réacteurs font l’objet d’arrêts plus fréquents et plus longs, notamment dans le cadre du programme du « grand carénage ». RTE a analysé en détail les conséquences ces  arrêts et leurs  conséquences sur la sécurité d’approvisionnement dans le cadre des derniers Bilans prévisionnels.

Les énergies renouvelables —prioritaires sur le réseau —peuvent entrainer une baisse de la production nucléaire lors des périodes de faible prix sur le marché de l'électricité. Ce phénomène, marginal en 2019, devrait le rester dans les années à venir, mais pourrait se développer à plus long-terme.

La faculté, pour certains réacteurs nucléaires, de pouvoir moduler leur production constitue une caractéristique  importante  du  parc  français,  qui  n’est pas récente et était déjà nécessaire dans les années 1990 et 2000 pour adapter la production au­ profil­ de­ consommation­ (la­ France­ disposant­ majoritairement de nucléaire dans son mix et moins de centrales au gaz ou au charbon que les pays voisins). Dans le contexte d’aujourd’hui, la modulation à la baisse de la production des réacteurs nucléaires en périodes de grande abondance de production renouvelable est un phénomène qui existe, mais demeure rare et se produit essentiellement lors des périodes de faible consommation électrique (en particulier  certains  week-ends et jours fériés). Il intervient pour des raisons économiques (quand les prix de marché sont bas), dans le  cadre  d’une  gestion  de  stock : hors cas spécifiques,­ la­ production­ est­ souvent­ simplement­ reportée.

L'éolien et le photovoltaïque remplacent donc essentiellement une production électrique thermique à base de charbon ou de gaz, en France, ou à l'étranger via les exports.

En conséquence, l’augmentation de la production éolienne et solaire en France se traduit par une réduction de l’utilisation des moyens de production thermiques

Les émissions totales évitées par l'éolien et le photovoltaïque sont de l'ordre de 22 MT CO2 en 2019 pour 46 TWh produits. En moyenne, 1 kWh éolien ou photovoltaïque évite ainsi l'émission de 480 gCO2/kWhe.

Pour obtenir une évaluation des émissions évitées grâce à la production éolienne et solaire, RTE a simulé ce que serait le fonctionnement du système électrique actuel sans ces installations. Cette étude, restituée dans le rapport technique du Bilan prévisionnel 2019, chiffre les émissions évitées à environ 22 millions de tonnes de CO2 par an (5 millions de tonnes en France et 17 millions de tonnes dans les pays voisins).

Un temps de retour carbone d'environ 3 ans en 2019

L'empreinte carbone d'un kilowatt-crête photovoltaïque est de l'ordre de 1,7 tCO2. Sur un an, ce kilowatt-crête produit en moyenne 1 150 kWh en France (ensoleillement de la région lyonnaise) et permet donc d'éviter l'émission d'environ 550 kg de CO2 par an sur la base du fonctionnement du mix électrique français en 2019. Il faut donc environ 3 ans pour rembourser la dette carbone pour une installation photovoltaïque en France en 2019.

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Quel temps de retour en 2030 ?

Plus les énergies renouvelables se développeront en France et en Europe, plus il y aura de chances qu’une production photovoltaïque à une heure donnée se substitue à une production décarbonée et non à une production gaz ou charbon. Sur le long-terme, les émissions évitées par kilowattheure devraient donc diminuer, tout en restant positive.

D’après une étude publiée en 2020 de France Territoire Solaire publiée, si la trajectoire de développement des EnR prévue par la PPE est respectée, le photovoltaïque permettra d’éviter 270 gCO2eq/kWh en 2030, auxquels doivent être retirées les émissions liées à l'empreinte carbone du photovoltaïque (44 gCO2/kWh dans l'étude du NREL, 32 gCO2/kWh dans l'étude de France Territoire Solaire). Si l'arrêt des réacteurs est retardé, les émissions évitées seront plus faibles, inversement, si les la capacité photovoltaïque installée est plus faible que prévue, les émissions évitées seront plus importantes.

PV CO2 FTS.pngÉmission évitées par une production d'un kWh photovoltaïque en 2030 sur la base d'un scénario où les objectifs de la PPE sont atteints. Source : Analyse de l’impact climat de capacités additionnelles solaires photovoltaïquesen France à horizon 2030, France Territoire Solaire, 2020.
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Publications

NOTE : PRÉCISIONS SUR LES BILANS CO2 ÉTABLIS DANS LE BILAN PRÉVISIONNEL ET LES ÉTUDES ASSOCIÉES (lien externe) consulter
Analyse de l’impact climat de capacités additionnelles solaires photovoltaïquesen France à horizon 2030 (lien externe) consulter

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