Le silicium photovoltaïque est le matériau central des cellules solaires utilisées dans la majorité des installations en Suisse et en Europe.

Mais d’où vient-il réellement ?
Pourquoi nécessite-t-il une pureté extrême ?
Et quel est son impact énergétique dans la fabrication des panneaux solaires ?

Dans cet article, nous explorons en profondeur les propriétés du silicium, son extraction, sa purification et son rôle stratégique dans l’industrie photovoltaïque.

Le silicium : deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre

Le silicium est :

• Le deuxième élément le plus présent dans la croûte terrestre
• Présent après l’oxygène
• Constitue environ 28 % de la croûte terrestre

Cependant, il n’existe jamais à l’état pur dans la nature.

Sous quelle forme trouve-t-on le silicium dans la nature ?

Le silicium est toujours combiné avec d’autres éléments.

On le retrouve principalement sous forme de :

• Quartz (SiO₂)
• Sable
• Roches silicatées
• Feldspath

C’est donc à partir du quartz que débute la fabrication du silicium destiné au photovoltaïque.

Production du silicium métallurgique : première étape industrielle

Température : 1900 °C

Le silicium métallurgique est produit en chauffant du quartz avec du carbone dans un four à arc électrique à environ :

$$1900^\circ C$$1900∘C

Réaction simplifiée :

$$SiO_2 + C \rightarrow Si + CO_2$$SiO2​+C→Si+CO2​

Le produit obtenu est appelé :

Silicium métallurgique

Degré de pureté

Le silicium métallurgique atteint environ :

$$98 \%$$98%

Cette pureté est insuffisante pour le photovoltaïque.

Il faut aller beaucoup plus loin.

Purification du silicium : vers le grade solaire et électronique

Pour être utilisé dans une cellule photovoltaïque, le silicium doit atteindre une pureté extrêmement élevée.

On parle alors de :

• Silicium grade solaire
• Silicium grade électronique

Pureté exprimée en “N”

La pureté est exprimée en “N” :

• 6N = 99.9999 %
• 8N = 99.999999 %
• 11N = 99.999999999 %

Le silicium photovoltaïque atteint généralement :

$$8N \text{ à } 11N$$8N aˋ 11N

On parle alors de :

Electronic Grade Silicon (EGS)

Comment obtient-on une pureté 8N à 11N ?

Le processus comprend plusieurs étapes chimiques complexes :

– Transformation en trichlorosilane
– Distillation fractionnée
– Décomposition chimique
– Dépôt de silicium ultra pur

Ce procédé est énergivore et nécessite l’utilisation de produits chimiques tels que :

• Acide chlorhydrique (HCl)
• Hydrogène
• Gaz industriels

Pourquoi une pureté aussi élevée est-elle nécessaire ?

Une cellule photovoltaïque repose sur le principe de la jonction P-N.

La présence d’impuretés peut :

• Perturber le champ électrique interne
• Réduire le rendement
• Diminuer la durée de vie
• Augmenter les pertes électriques

Même des impuretés à l’échelle du milliardième peuvent affecter la performance.

Du silicium pur au wafer photovoltaïque

Une fois purifié, le silicium est :

1- Fondu
2- Cristallisé (monocristallin ou polycristallin)
3- Découpé en fines plaques appelées wafers

Épaisseur typique d’un wafer :

$$150 – 180 \, \mu m$$150–180μm

Ces wafers deviennent ensuite des cellules solaires.

Propriétés physiques du silicium utiles au photovoltaïque

Le silicium possède des propriétés idéales :

✅ Semi-conducteur
✅ Bande interdite adaptée au spectre solaire
✅ Stabilité thermique
✅ Abondance mondiale
✅ Durabilité supérieure à 25 ans

Sa bande interdite est d’environ :

$$1.12 \, eV$$1.12eV

Ce qui correspond bien à l’énergie moyenne des photons solaires.

Impact énergétique de la fabrication du silicium

La fabrication du silicium photovoltaïque est :

• Énergivore
• Chimique
• Industrielle

Les étapes les plus consommatrices :

• Four à 1900°C
• Purification chimique
• Cristallisation

Temps de retour énergétique (Energy Payback Time)

Malgré cette consommation initiale, un panneau solaire rembourse l’énergie utilisée pour sa fabrication en :

$$1 – 3 \text{ ans}$$1–3 ans

En Suisse romande, selon l’irradiation.

Sa durée de vie dépasse :

$$25 – 35 \text{ ans}$$25–35 ans

Le bilan carbone reste donc très favorable.

Pourquoi le silicium domine toujours le marché photovoltaïque ?

Plus de 90 % des panneaux solaires mondiaux utilisent du silicium cristallin.

Raisons :

– Abondance
– Maîtrise industrielle
– Coût compétitif
– Fiabilité
– Rendement élevé (20–23 % pour les modules modernes)

Enjeux environnementaux et industriels

Les procédés de purification :

• Consomment beaucoup d’électricité
• Utilisent des produits chimiques
• Nécessitent des infrastructures lourdes

Cependant :

• Les usines modernes recyclent une grande partie des produits chimiques
• L’électricité utilisée est de plus en plus renouvelable
• Les rendements augmentent, réduisant l’empreinte par kWh produit

Silicium et photovoltaïque : un matériau stratégique pour la transition énergétique

Le silicium est au cœur :

• Des cellules PERC
• Des cellules TOPCon
• Des cellules HJT
• Des modules bifaciaux

Sans silicium ultra pur, aucune cellule solaire moderne ne fonctionnerait efficacement.

Pourquoi comprendre les propriétés du silicium est important pour un projet photovoltaïque ?

Parce que cela permet de :

– Comprendre les différences de qualité entre panneaux
– Évaluer la durabilité réelle
– Comprendre l’impact environnemental
– Répondre aux critiques sur l’énergie grise
– Expliquer la valeur d’un module premium

Conclusion : le silicium, pilier invisible de l’énergie solaire

Le silicium est :

• Le deuxième élément le plus abondant sur Terre
• Toujours combiné naturellement (quartz, sable)
• Transformé à 1900°C pour produire le silicium métallurgique
• Purifié jusqu’à 8N–11N pour devenir électronique grade
• Essentiel à la performance des cellules photovoltaïques

Même si sa fabrication est énergivore, son bilan global sur 30 ans est extrêmement positif.

Il constitue aujourd’hui la base matérielle de la transition énergétique mondiale.

Impact carbone réel du photovoltaïque en Suisse

Le débat autour de l’empreinte carbone des panneaux solaires revient fréquemment :

“La fabrication des panneaux consomme-t-elle plus d’énergie qu’ils n’en produisent ?”

Analysons cela de manière factuelle.

Empreinte carbone d’un panneau solaire en Suisse

L’empreinte carbone d’un module photovoltaïque en silicium cristallin est estimée entre :

$$20 \text{ à } 50 \, gCO_2/kWh$$20 aˋ 50gCO2​/kWh

sur l’ensemble de son cycle de vie.

Cela inclut :

• Extraction du quartz
• Production du silicium à 1900 °C
• Purification chimique (8N à 11N)
• Fabrication des wafers, cellules et modules
• Transport
• Installation

1-Comparaison avec d’autres sources d’énergie

Source d’énergie	Émissions moyennes
Charbon	800 – 1000 gCO₂/kWh
Gaz naturel	400 – 500 gCO₂/kWh
Mix européen	250 – 300 gCO₂/kWh
Photovoltaïque	20 – 50 gCO₂/kWh
Hydroélectricité	5 – 20 gCO₂/kWh

👉 Le photovoltaïque émet 10 à 40 fois moins de CO₂ que le gaz.

2-Temps de retour énergétique en Suisse

En Suisse romande, un panneau solaire rembourse l’énergie nécessaire à sa fabrication en :

$$1 \text{ à } 3 \text{ ans}$$1 aˋ 3 ans

Sa durée de vie dépasse généralement :

$$25 \text{ à } 35 \text{ ans}$$25 aˋ 35 ans

Cela signifie que pendant plus de 90 % de sa durée de vie, le panneau produit de l’énergie nette positive.

3-Influence du climat suisse

Contrairement aux idées reçues :

• Le froid améliore le rendement
• Le rayonnement diffus est bien exploité
• L’irradiation annuelle est suffisante (900–1200 kWh/kWc)

Le bilan carbone reste donc très favorable même en Europe centrale.

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4-Impact de la fabrication en Chine

Une grande partie du silicium est produite en Asie.

Cependant :

• Les usines modernes utilisent de plus en plus d’électricité renouvelable
• Les procédés chimiques sont recyclés
• Les rendements des cellules dépassent désormais 22 %

Le CO₂ lié à la fabrication diminue chaque année.

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5-Recyclabilité des panneaux solaires

Les panneaux photovoltaïques sont recyclables à plus de :

$$90 \%$$90%

On récupère notamment :

• Verre
• Aluminium
• Silicium
• Métaux conducteurs

En Suisse, des filières spécialisées existent déjà.

Bilan carbone réel du photovoltaïque en Suisse

Malgré une fabrication énergivore (silicium purifié 8N–11N, four à 1900 °C), le photovoltaïque :

• Compense rapidement son énergie grise
• Réduit massivement les émissions sur 30 ans
• Constitue une solution clé pour la décarbonation

Il reste l’un des moyens les plus efficaces pour réduire l’empreinte carbone d’un bâtiment.

FAQ – Impact environnemental et silicium photovoltaïque

1- Les panneaux solaires sont-ils vraiment écologiques en Suisse ?

Oui. Sur leur cycle de vie complet, ils émettent 20 à 50 gCO₂/kWh, soit 10 à 40 fois moins que les énergies fossiles.

2- Combien de temps faut-il pour qu’un panneau solaire compense son énergie de fabrication ?

En Suisse romande, le temps de retour énergétique est de 1 à 3 ans.

3- La fabrication du silicium pollue-t-elle beaucoup ?

La production est énergivore et utilise des produits chimiques comme l’acide chlorhydrique.
Cependant, ces procédés sont industrialisés, contrôlés et de plus en plus optimisés énergétiquement.

4- Le photovoltaïque produit-il du CO₂ en fonctionnement ?

Non.
Une fois installé, un panneau solaire ne produit aucune émission directe de CO₂.

5- Les panneaux solaires fonctionnent-ils bien sous le climat suisse ?

Oui.
La Suisse bénéficie d’une irradiation suffisante (900–1200 kWh/kWc/an), et le froid améliore le rendement des cellules.

6- Quel est l’impact carbone d’un panneau solaire fabriqué en Chine ?

Même en intégrant le transport maritime et une électricité plus carbonée, le bilan reste très inférieur aux énergies fossiles sur la durée de vie.

7- Les panneaux solaires sont-ils recyclables ?

Oui, à plus de 90 %.
Le verre et l’aluminium sont facilement récupérés, et le silicium peut être réutilisé.

8- Pourquoi la purification du silicium nécessite-t-elle autant d’énergie ?

Pour atteindre une pureté de 8N à 11N (grade électronique), des procédés chimiques et thermiques intensifs sont nécessaires.
Cette pureté est indispensable au bon fonctionnement des cellules photovoltaïques.

9- L’énergie grise des panneaux est-elle problématique ?

Non, car elle est compensée rapidement.
Sur 30 ans, la production nette est largement positive.

10- Le photovoltaïque est-il vraiment une solution pour la transition énergétique en Suisse ?

Oui.
Il permet de produire localement une énergie renouvelable, de réduire les importations d’électricité et de diminuer les émissions de CO₂ du secteur du bâtiment.