Les panneaux solaires en fin de vie représentent un défi colossal. Une équipe de recherche sud-coréenne propose une solution novatrice : purifier le silicium récupéré pour le transformer en une céramique de haute valeur, le nitrure de silicium, ouvrant une nouvelle voie pour le recyclage.
Les panneaux solaires n’ont pas une durée de vie infinie. Dans quelques décennies, le monde devra gérer des millions de tonnes d’équipements photovoltaïques arrivés en fin de cycle. Face à ce scénario, une équipe de chercheurs sud-coréens a démontré que le silicium extrait de ces panneaux pouvait connaître une seconde vie bien plus noble que celle d’un simple verre broyé de faible valeur.
La majorité des panneaux solaires sont conçus pour durer entre 20 et 30 ans. Cette durée de vie implique que les installations actuelles généreront tôt ou tard un volume de déchets très important.
Une étude conjointe de l’IRENA et de l’AIE, publiée il y a dix ans, estimait que la planète pourrait accumuler jusqu’à 78 millions de tonnes de panneaux en fin de vie d’ici 2050.
Le graphique présente les volumes cumulés de déchets de panneaux photovoltaïques prévus jusqu’en 2050. Source : IRENA 2016 AND IEA-PVPS 2016
Aujourd’hui, lorsqu’un panneau atteint sa fin de vie, le recyclage des composants les plus accessibles est simple. En effet, le cadre en aluminium et la boîte de jonction sont retirés facilement.
La difficulté réside dans le stratifié de verre, le plastique et la fine couche de silicium contenant des traces d’argent. La majeure partie de ce matériau finit broyée et vendue comme verre bas de gamme, un processus que de nombreux experts qualifient de décyclage plutôt que de véritable recyclage.
La raison est essentiellement économique. Selon une synthèse scientifique de 2024, recycler des panneaux en silicium coûte entre 600 et 1000 dollars la tonne, sans tenir compte des revenus potentiels générés par les matériaux récupérés.
Pour que le procédé devienne rentable, ce coût devrait chuter entre 300 et 400 dollars la tonne. Un chercheur de l’Université d’État de l’Arizona, Meng Tao, a précisé que recycler un panneau coûte environ 20 dollars, alors que la valeur des matériaux récupérés ne dépasse pas 10 à 12 dollars.
Le silicium purifié à 99,95%
C’est cette impasse qu’une équipe du Korea Institute of Energy Research, en collaboration avec la Chungnam National University, a tenté de résoudre différemment.
Plutôt que de chercher à récupérer chaque trace d’argent ou de réutiliser le silicium dans de nouvelles cellules solaires, les chercheurs ont choisi de le purifier suffisamment pour lui trouver une autre destination.
À partir d’un panneau réel de la marque Suntech (modèle STP200-18/Ub, avec 54 cellules en silicium polycristallin) arrivé en fin de vie, l’équipe a réussi à purifier le silicium récupéré jusqu’à un taux de 99,95%.
Schéma illustrant la récupération de silicium recyclé de haute pureté à partir de modules photovoltaïques usagés et sa conversion ultérieure en nitrure de silicium. Source : S.-P. Lee et al., Materials Today Sustainability, 35 (2026).
Le procédé a inclus une étape de broyage, suivie de plusieurs traitements acides pour éliminer les impuretés, et une simple décantation dans l’eau pour retirer les résidus de titane.
Un des résultats les plus intéressants de l’étude, publiée dans la revue Materials Today Sustainability, montre qu’un broyage plus agressif n’apporte pas de meilleurs résultats, bien au contraire.
Un broyage à 800 tours par minute a laissé 4290 ppm d’aluminium résiduel après le traitement acide, soit plus de 20 fois la quantité enregistrée (189 ppm) avec un broyage plus doux à 400 tours par minute.
Selon Jin-Seok Lee, auteur correspondant de l’étude, cela démontre qu’optimiser un processus de recyclage ne se limite pas à broyer plus intensément.
Lors de l’étape de décantation, cinq minutes seulement ont suffi pour éliminer 71,4% de l’oxyde de titane, tout en conservant 92,3% du silicium.
Du déchet à la céramique pour roulements
Avec le silicium correctement purifié, les chercheurs l’ont transformé en nitrure de silicium, une céramique extrêmement dure et résistante à la chaleur. Ce matériau est utilisé dans les roulements à billes, les outils de coupe, et des composants pour les moteurs automobiles et aérospatiaux.
La purification préalable s’est avérée déterminante : le silicium propre à 99,95% a permis d’obtenir 93,1% de la forme utile de la céramique, contre seulement 54,7% lorsque cette étape de nettoyage supplémentaire était ignorée.
Images de poudres de silicium recyclé montrant la morphologie des particules formées à différentes vitesses de broyage : (a) 400 RPM, (b) 600 RPM et (c) 800 RPM. Source : S.-P. Lee et al., Materials Today Sustainability, 35 (2026).
Selon l’équipe, il s’agit du premier cas documenté de conversion de silicium récupéré sur des modules photovoltaïques réels en nitrure de silicium.
Cette approche présente plusieurs atouts :
- Économiques : Broyer un panneau pour en faire du verre bas de gamme permet une récupération, mais c’est la valorisation la moins intéressante. Si le recyclage ne produit que des sous-produits bon marché, l’équation financière ne sera jamais positive et les panneaux continueront d’envahir les décharges.
- Techniques : Contrairement au silicium de qualité solaire, qui nécessite une pureté extrême pour être réutilisé dans des cellules, le nitrure de silicium tolère davantage d’imperfections. Cela rend le matériau recyclé plus facile à valoriser sur un marché moins exigeant en termes de pureté.
Loin d’être une solution à grande échelle
Malgré des résultats encourageants, l’étude se base sur l’analyse d’un seul panneau en conditions de laboratoire. Elle est donc très éloignée d’une solution immédiatement applicable à l’échelle industrielle. Des panneaux de fabricants et d’âges différents pourraient réagir de manière distincte au même procédé.
De plus, le marché du nitrure de silicium est incapable d’absorber les 78 millions de tonnes de déchets photovoltaïques prévus. Même si cette technologie réussit, elle ne pourra valoriser qu’une fraction du problème. Elle ne constitue pas une solution unique, mais plutôt un outil supplémentaire contre le gaspillage solaire.
Parallèlement, en collaboration avec l’entreprise sud-coréenne Wonkwang S&T, les chercheurs souhaitent développer une technologie de recyclage mobile, capable de traiter les panneaux à proximité des lieux où ils sont générés.
L’objectif est de réduire les coûts de transport d’environ 30% et les émissions de plus de 10%, même si ces chiffres restent pour l’instant des cibles et non des résultats confirmés.