Industrie

Renouveler les énergies renouvelables

  • 05 Novembre 2020

  • Infrastructure

Temps de lecture : 8 minutes

Si le monde de l'énergie propre et des énergies renouvelables veut rester sur le chemin de la vertu, il doit s'assurer de laisser une empreinte carbone aussi faible que possible.

« Medice, cura te ipsum » (ou « Médecin, soigne-toi toi-même) est une ancienne expression pouvant souvent être interprétée comme une critique de l’hypocrisie - en d’autres termes, il faut s’occuper de ses propres défauts avant ceux des autres.  En matière d’énergie durable et renouvelable, la maxime peut s’appliquer au recyclage, et plus précisément aux parcs éoliens. Une solution écologique pour les éoliennes vétustes fait l’objet de nombreux débats et recherches. 
L’UE souhaiterait que les énergies renouvelables constituent jusqu’à 27 % de la part totale d’énergie d’ici 2030. A cette date, la capacité installée pour le photovoltaïque sera de 2 500 gigawatts, 180 GW pour l’éolien en mer et 1 600 pour l’éolien terrestre. Cela représenterait un grand nombre de panneaux et, à l’heure actuelle, près de 95 % de leurs composants sont recyclables. La gestion de la fin de vie de ces équipements devrait constituer une part importante de la chaîne de valeur et par conséquent un solide marché secondaire se développera pour les composants et matériaux concernés.

Les avancées de toute nouvelle innovation sont rarement linéaires.

Amir Sharifi - Managing Director Ardian Infrastructure

La fin de vie des pales

Le moulin à vent moderne, dont les origines remontent au IXe siècle avant J-C en Perse, n’est pas aussi simple qu’il n’y paraît. Dans le monde entier, des dizaines de milliers de pales vétustes sont désormais retirées de leur tour d’acier, à l’heure où la première génération d’éoliennes arrive en fin de vie. Près d’un quart de million d’éoliennes dans le monde devront être remplacées d’ici 2030. Les pales des rotors sont fabriquées dans des matériaux composites de grande valeur et difficiles à récupérer en fin de cycle d’exploitation. Les pales de rotor nouvelle génération, en matériaux composites à base de fibre de verre ou de carbone, ont une durée de vie moyenne comprise entre 10 et 35 ans.
L’Haliade-X de GE, la plus grande turbine au monde, est équipée de pales quatre fois plus grandes que la norme en vigueur il y a 20 ans : elles mesurent 107 mètres de haut et pèsent 160 tonnes. Ces géants de l’éolien peuvent produire 12 mégawatts à pleine puissance. Les plus grandes turbines terrestres peuvent atteindre des vitesses de vent plus élevées, plus haut dans le ciel. 
L’éolien se prévaut d’être une énergie sans carbone, et c’est d’ailleurs un atout lorsqu’il est question de démantèlement. Près de 85 % des composants des turbines, y compris l’acier, les éléments de terres rares, le cuivre, l’électronique filaire et les systèmes d’engrenages, peuvent être recyclés ou réutilisés après maintenance. 
Bien que complexe, le recyclage des composites en fibre de verre est possible. Ils peuvent être brûlés pour leur énergie stockée, mais cette technologie est inefficace et émettrice de substances polluantes nocives. La pyrolyse peut également être utilisée : une fois les pales découpées, la pyrolyse brise la fibre de verre dans des fours à atmosphère inerte à une température de 450-700° C. Si ce processus permet de récupérer des matériaux pour les utiliser dans des colles, des peintures et du béton, il reste très coûteux car il mobilise des quantités importantes d’énergie.  

La « face cachée du matériau miracle »

Cependant, le recyclage des composites à base de fibre de carbone, plus appréciés, est impossible à l’heure actuelle. Rien d’étonnant à ce que l’on souligne la « face cachée du matériau miracle ». Dans plusieurs pays de l’UE, la mise en décharge de composites à base de carbone est désormais interdite. Ainsi, de nombreuses pales de rotor en fin de vie sont actuellement broyées et incinérées. Aux Etats-Unis, plus de 30 000 pales seront retirées au cours des quatre prochaines années, tandis qu’en Europe, près de 3 800 pales seront retirées chaque année jusqu’en 2022 au moins. D’ici 2034, en tenant compte des taux de croissance actuels, près de 225 000 tonnes de matériaux composites pour pales de rotor seront produites chaque année dans le monde. 
A Casper (Wyoming), il existe un énorme cimetière d’éoliennes pouvant contenir jusqu’à 1 000 pales – chaque pale étant coupée en trois, avant d’être empilée et enterrée. Bien que les matériaux enfouis soient relativement inertes et ne s’infiltrent pas dans la nappe phréatique, cette solution n’est aucunement durable. C’est la raison pour laquelle les entreprises du monde entier recherchent des approches nouvelles et plus durables pour traiter les dizaines de milliers de pales qui ont atteint leur fin de vie. 
A titre d’exemple, Don Lilly, CEO de Global Fiberglass Solutions (Bellevue, Washington), a imaginé une nouvelle solution baptisée EcoPoly. Sa société écrase les pales et transforme leurs composites en fibre de verre en petites billes. Ces billes peuvent ensuite être utilisées en injection plastique ou transformées en panneaux hautement étanches destinés à la construction. La société a commencé à produire des échantillons dans son usine de Sweetwater (Texas), à proximité de la plus grande concentration de parcs éoliens d’Amérique du Nord. Selon Lily, « nous pouvons traiter 99,9 % d’une pale et près de 6 000 à 7 000 unités par an ».  
Face au nombre croissant d’éoliennes arrivant en fin de vie, le problème risque de persister. Il devient donc de plus en plus important de trouver une deuxième, voire une troisième ou une quatrième application pour les pales. Certaines utilisations non conventionnelles ont d’ores et déjà fait leur apparition. 
A Rotterdam, une aire de jeux pour enfants, avec toboggans, tunnels et rampes, a été construite à partir de 5 anciennes pales. Dans le même temps, à Aalborg (Danemark), Cesare Peeren, un architecte néerlandais, veut transformer deux pales de 55 mètres en pont. A Almere, première région éolienne des Pays-Bas, les pales de rotor usagées sont faciles à trouver. Empilées comme à Stonehenge, deux pales de 30 mètres ont permis de créer un grand abribus. La ville exploite judicieusement un certain nombre de bus 100 % électriques. 
Fort de ses connaissances approfondies du marché mondial de l’énergie, Amir Sharifi, Managing Director en charge de la transition énergétique, Ardian Infrastructure déclare : « Les avancées de toute nouvelle innovation sont rarement linéaires. L’énergie verte est l’avenir et si nous perdons de vue le programme de réduction du carbone, le prix à payer sera énorme pour la Terre et tous ceux qui y vivent. L’industrie doit adopter une approche holistique de la création de valeur pour les actifs renouvelables et envisager toutes les options possibles lorsque ces actifs arrivent en fin de vie, y compris le repowering, la rénovation et le recyclage. L’économie circulaire va de pair avec la création de valeur à long terme ».

L’industrie doit adopter une approche holistique de la création de valeur pour les actifs renouvelables et envisager toutes les options possibles lorsque ces actifs arrivent en fin de vie, y compris le repowering, la rénovation et le recyclage.

Amir Sharifi - Managing Director Ardian Infrastructure

La fibre de carbone est l’avenir

Si la fibre de carbone peut sembler relativement exotique et coûteuse, elle incarne pourtant l’avenir. Elle affiche un rapport résistance/poids près de deux fois supérieur à celui de la fibre de verre, et plus de trois fois supérieur à celui des alliages de titane et d’aluminium. Elle présente également un rapport rigidité/poids cinq fois supérieur à celui de la fibre de verre, ce qui lui permet de résister aux forces aérodynamiques qui agissent sur les pales des éoliennes. 
Néanmoins, concernant son recyclage, un problème majeur se pose : la fibre de carbone ne peut pas être simplement fondue et reformée comme l’aluminium. Les composites en fibre de carbone tirent leur force de longues fibres alignées avec précision, fixées dans un polymère semblable à de la colle et durci à des températures et pressions élevées. Une fois durcis, la plupart de ces polymères résistants ne fondent pas et doivent être brûlés ou dissous chimiquement pour récupérer les précieuses fibres. 
La fibre de carbone est recyclée par plus d’une douzaine d’entreprises dans le monde, mais le prix de ce traitement n’est pas négligeable : la fibre recyclée coûte près de 15 dollars le kilo contre 24 et 30 dollars le kilo pour la matière vierge, bien que sa production nécessite dix fois plus d’énergie. Avec les méthodes actuelles, personne ne peut être absolument sûr de la performance du produit recyclé – s’il entraînait la défaillance d’une pale d’éolienne, les conséquences seraient désastreuses. La course est maintenant lancée pour produire de la fibre de carbone usagée aussi fiable que l’acier lorsqu’elle est réutilisée.    
Un dernier enjeu reste à évoquer : celui des éléments de terres rares (ETR). Les aimants qui équipent les générateurs des éoliennes sont composés de fer, de bore (un minéral qui est naturellement présent dans l'environnement), et d’ETR, ce qui améliore leur performance. Le recyclage de ces alliages est difficile compte tenu du temps, de la complexité technologique, des produits chimiques et de l’énergie nécessaires pour dissocier les composants des alliages. Pourtant, la réutilisation et le recyclage des ETR présentent de solides arguments économiques.  A mesure que la technologie progresse, le développement de modèles de conception circulaire standardisés pour faciliter l’extraction et la réutilisation des aimants d’éoliennes deviendra rentable et aura l’avantage de rendre la chaîne d’approvisionnement à l’épreuve du temps. Jusqu’à présent, de telles initiatives sont rares mais Goldwind, le fabricant de turbines, a conçu un programme permettant de fondre les anciens aimants afin d’en fabriquer de nouveaux. Actuellement, sachant que seul 1 % de tous les ETR est recyclé à partir de produits usagés, la marge de progression reste importante. 
Alors que le secteur de l’énergie éolienne poursuit une croissance exponentielle, il est de plus en plus important que le cycle de vie des turbines reste au centre de toutes les attentions de l’industrie. Le développement et l’industrialisation de technologies alternatives, telle que la pyrolyse, fourniront au secteur des réponses complémentaires concernant les pales en fin de cycle d’exploitation, et permettront à l’industrie de proposer des turbines « zéro déchets » alors qu’une véritable économie circulaire se dessine.