LE RECYCLAGE DES ÉOLIENNES EN FRANCE : MYTHE OU RÉALITÉ ?
A partir de 2025, des centaines d’aérogénérateurs seront démantelés chaque année, et des millions de tonnes de matériaux vont devoir être traitées. Les pouvoirs publics et la filière se mobilisent.
Les Echos – Par Pierre Fortin (Rédacteur) – Publié le 21/02
Il est facile de dire que les éoliennes sont dans le vent. Portée par une croissance annuelle à deux chiffres, la filière des aérogénérateurs – pour reprendre le jargon juridique et technique – a quadruplé sa capacité depuis 2010, au point de peser pour 8,4 % dans la production totale d’électricité en France en 2021. On compte désormais 8.000 à 8.500 éoliennes terrestres implantées dans nos paysages, un parc qui devrait passer à 14.000 en 2028 selon la Programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) du gouvernement, soit quelque 34 GW de puissance installée. L’éolien maritime, lui, doit rattraper son retard : on compte actuellement une seule turbine au large. En 2028, la PPE prévoit le décollage de la filière et 5,7 GW de puissance installée répartie dans plusieurs parcs off-shore.
Cette source d’énergie qui est, rappelons-le, intermittente (en régime classique, une éolienne fonctionne à environ 25 % de sa puissance maximale) est donc appelée à se développer. D’autant qu’elle serait, selon l’Ademe, l’une des moins polluantes tout au long de son cycle de vie. Les aérogénérateurs terrestres (12,7 grammes d’équivalent CO2 émis par kWH produit) et maritimes (14,75 gCO2eq/kWH) seraient ainsi plus vertueux que le nucléaire (16 gCO2eq/kWH) et le photovoltaïque (48 gCO2eq/kWH), sans parler bien sûr des énergies fossiles (charbon, 1.001 gCO2eq/kWH ; gaz naturel, 469 gCO2eq/kWH). Seul l’hydroélectrique fait mieux (4 gCO2eq/kWH).
Une durée de vie entre 15 et 30 ans
Une méthodologie et des chiffres que valide Luc Aixala, responsable de programme au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) : « L’analyse du cycle de vie est un processus très rigoureux, qui prend en compte tous les éléments : de l’extraction des matériaux au recyclage en fin d’utilisation, en comptant le transport, l’utilisation d’énergie dans la fabrication et, bien sûr, le caractère intermittent de l’éolien ou du solaire. A quelques grammes près, on retrouve les mêmes chiffres dans l’étude du Giec en 2014. »
Mais cet enthousiasme a bien évidemment son revers :
la faible espérance de vie des éoliennes, couplée à l’augmentation constante de la taille et de la puissance des machines qui nécessitent toujours plus de matériaux. « Il faut compter 15 à 25 ans pour un aérogénérateur terrestre, et 20 à 30 ans pour une éolienne maritime. Ces dernières sont plus solides car elles sont pensées pour des environnements plus agressifs et plus corrosifs », indique Vincent Guenard, animateur du pôle éolien et énergies marines à l’Ademe.
En 2025, avec, déjà, l’arrivée en fin de vie de nombreuses turbines, l’agence publique prévoit le démantèlement de 1 GW d’éoliennes par an, soit l’équivalent de près de trois-cents éoliennes de 3,6 MW, un modèle fréquent aujourd’hui. Ce qui représente des millions de tonnes de matériaux à traiter vertueusement au cours de la décennie pour que l’éolien conserve son statut de filière durable.
Autopsie d’une turbine
Pour prendre la mesure de l’enjeu, il faut tout d’abord comprendre de quoi est constituée une éolienne. « Une éolienne de puissance moyenne de 3,6 MW pèse environ 1.500 tonnes », détaille Vincent Guenard. La masse de la machine se répartit essentiellement entre ses fondations en béton (environ 1.000 tonnes) et son mât en acier et/ou béton (450 tonnes). Mauvaise nouvelle, les deux matériaux qui constituent la chair et les os de l’éolienne sont parmi les plus polluants du monde. Ils pèsent chacun pour environ 7 % des émissions de CO2 à l’échelle mondiale (en comptant la fabrication du ciment dans le béton). Bonne nouvelle cependant, ces matériaux sont très faciles à recycler. Ainsi, l’acier est recyclable en totalité et à l’infini, tandis que le béton se réemploie sous forme de granulat ou dans la fabrication de béton neuf.
Théoriquement donc, selon l’Ademe, une éolienne – maritime comme terrestre – est recyclable à plus de 90 %, puisque les principaux matériaux dont elle est constituée sont déjà traités dans des filières solidement établies. Quelques chiffres pour illustrer ces faits : le Sénat estimait en 2019 que 40 % de l’acier produit en France provenait du recyclage de ferrailles récupérées. Quant au béton, il est recyclé et réutilisé à 78 % dans l’Hexagone, selon l’Union nationale des producteurs de granulats.
Les autres matériaux présents dans l’éolienne se concentrent dans les deux dernières parties de la machine : le rotor composé du moyeu et des pales, ainsi que la nacelle où a lieu la conversion électromécanique du vent en électricité. Si le moyeu est constitué de fonte recyclable, les pales de l’éolienne sont faites de matériaux composites (fibres de verre, carbone, résine) et pèsent de 6 à 8 % de son poids total. Enfin, la nacelle est constituée de certains matériaux basiques et recyclables : acier, cuivre, matériaux électriques et électroniques…
Mais toutes les éoliennes n’utilisent pas la même technologie. La plupart fonctionnent grâce des alternateurs à multiplicateur, qui ne recèlent pas de matières particulièrement difficiles à traiter, mais d’autres recourent à une technique à entraînement direct avec aimant permanent. Ces derniers contiennent des terres rares, néodyme et dysprosium, qui seront aussi présentes dans les futures éoliennes off-shore. Ces aimants permanents et les pales sont les deux éléments les plus difficiles à recycler aujourd’hui, alors que l’administration durcit l’obligation de démantèlement et de réutilisation des matériaux.
Une obligation légale
Depuis l’arrêté du 12 juillet 2010, complété par celui du 1er juillet 2020, la réglementation française oblige les exploitants des parcs – maritimes comme terrestres – à démanteler ceux-ci une fois qu’ils ont cessé de fonctionner. Ils doivent provisionner 50.000 euros en vue de l’opération pour une turbine de 2 MW ou moins, et 10.000 euros par MW supplémentaire. Le démontage inclut les aérogénérateurs eux-mêmes, les postes et les câbles électriques, ainsi que l’excavation des fondations.
Pour cette dernière étape, une exception subsiste cependant : le législateur prévoit que si une étude environnementale démontre l’impact négatif de cette opération, l’exploitant peut laisser une partie de la fondation sous terre. Il doit tout même excaver un mètre sous la surface du sol, une profondeur portée à deux mètres dans le cadre des surfaces forestières.
La multiplication de ces exceptions – qui laisserait de fait une dalle de béton dans le sous-sol – empêcherait ainsi le recyclage de la majeure partie de ce matériau polluant et pourrait encourager des entreprises peu scrupuleuses à sauter cette étape.
Selon Fabien Bouglé, dans son ouvrage Eoliennes, la face noire de la transition écologique (éditions du Rocher, 2019), « la masse de béton nécessaire pour la fabrication d’une éolienne oscille donc entre 157 tonnes si on utilise du béton léger et 1.125 tonnes si on utilise du béton lourd, masse à laquelle s’ajoute la masse de l’ossature en ferraille, estimée à 50 tonnes ». Faute d’être détruite, ces dalles constitueraient donc une atteinte massive et immuable à l’environnement.
L’arrêté de 2020 fixe aussi des objectifs progressifs de recyclage après le démantèlement.
Ainsi, au 1er janvier 2022, 90 % de la masse totale des aérogénérateurs doit être réutilisée ou recyclée, un chiffre qui descend à 85 % si l’excavation des fondations a fait l’objet d’une dérogation. En 2023 et 2025, c’est respectivement 45 % et 55 % de la masse totale du rotor qui devra être recyclée – ce qui implique une meilleure recyclabilité des pales. Enfin, en 2024, c’est 95 % du poids total de l’éolienne qui sera concerné.
Une récupération financièrement intéressante
Ces objectifs ambitieux semblent pourtant d’ores et déjà atteignables. Lors du premier démantèlement d’un parc éolien français, dans l’Aude en 2019, Engie Green a annoncé avoir envoyé dans les filières de recyclage plus de 96 % des composants. « Retraiter ces matériaux est, en outre, intéressant pour les exploitants des parcs car cela leur permet de couvrir en partie les frais de démantèlement », assure Vincent Guenard.
Une donnée confirmée par Grégoire Verhaeghe, fondateur d’Innovent, une société qui exploite plusieurs parcs éoliens en France, en Suède, au Maroc et en Namibie.
Bien que n’ayant jamais eu encore à déconstruire l’un de ses parcs, il effectue le calcul suivant : « Rien qu’avec l’acier, il est possible de récupérer environ 70.000 euros lors du démantèlement d’une éolienne. Si on ajoute à cela le cuivre et le béton, cela suffit largement à couvrir les frais. »
En revanche, selon lui, les 1.000 tonnes de béton dans le sol restent un problème : « Le ciment est un désastre écologique, et enlever la dalle peut être difficile. Nous avons mis au point une solution pour construire des mâts tripodes qui répartissent beaucoup mieux la masse de l’éolienne sur le sol, réduisant par dix la taille des fondations en béton. Ces mâts économisent aussi de l’acier. » Une des premières éoliennes de ce type a été construite au Maroc.
En revanche, aucun parc éolien marin n’a été démantelé en France – vu qu’aucun n’a encore été construit – et seulement trois, de taille modeste, ont fait l’objet d’une telle opération en Europe. Celui d’Yttre Stengrund en Suède, concernant cinq aérogénérateurs de 2 MW, a ainsi pu être démantelé avec succès en 2016, tout en laissant une partie de ses fondations dans le sol marin.
En France, ces projets intègrent d’ores et déjà dans le cahier des charges leur nécessaire démantèlement, avec quelques différences : le parc de Fécamp verra ses fondations retirées intégralement, quand celles du parc de Courseulles-sur-Mer seront en partie laissées dans le sol marin. Une inconnue demeure donc sur les difficultés du démantèlement et du recyclage des éoliennes en mer, beaucoup plus massives que leurs cousines terrestres, en plus d’être plantées dans un environnement difficilement accessible.
Bientôt des pales recyclables ?
Les pales restent donc le principal défi à la durabilité des éoliennes. D’autant que si leur part dans le poids total est relativement faible, elles pourraient tout de même représenter 3.000 à 15.000 tonnes de déchets annuels en France à partir de 2025, selon l’Ademe.
« Si le carbone et la fibre de verre sont recyclables séparément, indique Vincent Guenard, ils sont, dans le cas des pales, noyés dans la résine en époxy ou en polyester. La difficulté est d’enlever cette résine, dont le processus thermodurcissant est difficilement réversible. »
Jusqu’à présent, la solution consistait à les enterrer purement et simplement : une autre façon irréversible de polluer les sols sachant que des dizaines de milliers de pales de première génération seront à recycler dans les années à venir.
Pour le moment, quelques solutions de valorisation peu satisfaisantes existent : la réutilisation des pales d’éolienne dans le mobilier urbain, ou leur combustion dans les cimenteries comme énergie. Ce dernier procédé émet cependant du CO2 et Fabien Bouglé écrit dans son livre que cela générerait des émanations de gaz cancérigènes.
Tous les industriels du secteur planchent donc sur la recyclabilité des pales. L’un des leaders mondiaux, Siemens Gamesa, pense avoir trouvé la solution. « Après trois ans de recherche, raconte Filippo Cimitan, directeur général en France de Siemens Gamesa Renewable Energy, nous avons mis au point avec un fournisseur une nouvelle résine qui a la propriété d’être réversible sans altérer les caractéristiques physiques de la pale. Il suffit de plonger la résine dans un bain acide légèrement chauffé pour séparer la résine, le carbone et la fibre de verre. »
La société a annoncé avoir produit dans son usine danoise les six premières pales de la technologie RecyclableBlade, à destination du parc éolien offshore allemand de Kaskasi qui devrait entrer en service courant 2022. EDF ainsi que les Allemands WPD et RWE ont d’ores et déjà manifesté leur intérêt pour cette technologie.
Petit bémol,
elle est réservée pour le moment aux éoliennes maritimes, qui restent très minoritaires. Et, à l’horizon 2030, l’Ademe estime que les aérogénérateurs off-shore ne représenteront que 20 % du marché mondial de l’éolien. « Notre technique ReyclableBlade s’applique surtout pour les pales construites d’un seul tenant. C’est plus cher et plus solide, et cela permet de réduire la maintenance en mer qui est toujours très coûteuse, explique Filippo Cimitan. Or, les pales d’éoliennes terrestres sont construites en deux morceaux. Il faut encore que nous fassions de la R&D pour trouver comment gérer la partie recyclabilité du joint de colle. Enfin, la résine n’est pas tout à fait la même non plus pour les éoliennes maritimes et terrestres, du fait de la différence entre les deux environnements. »
L’un des principaux concurrents de Siemens Gamesa, Arkema, a récemment annoncé également la mise au point d’une résine permettant le recyclage des pales.
L’ambition de Siemens Gamesa est de rendre toutes ses pales entièrement recyclables en 2030, puis toute l’éolienne en 2040. En effet, certains éléments, qui représentent cependant une faible proportion de son poids, restent encore difficiles à traiter : la peinture, le système de protection des bords d’attaque des pales de l’éolienne, composé de polyuréthane, les renforts en composite ou certains plastiques. Les pales mises à part, le principal défi restant est autant écologique que politique : le traitement des terres rares.
Créer une filière pour les terres rares
Les terres rares sont présentes dans les éoliennes à entraînement direct avec aimants permanents. L’avantage de cette technologie est d’alléger considérablement le poids de la nacelle et de réduire les frais de maintenance. Selon un avis technique de l’Ademe datant d’octobre 2020, 6,2 % des éoliennes terrestres françaises recouraient à cette technologie, soit 372 tonnes d’aimants permanents contenant 122 tonnes de néodyme et 17 tonnes de dysprosium. En moyenne, il faut compter 638 kg d’aimants permanents par MW éolien, soit près de 2 tonnes pour une éolienne de 3,6 MW.
Cependant, l’utilisation des terres rares dans l’éolien sur terre a marqué le pas. Malgré les avantages de l’aimant permanent, la flambée des coûts de ces matériaux en 2021, dont la production dépend à 87 % de la Chine, a refroidi les ardeurs des constructeurs qui privilégient désormais les alternatives. Seul l’éolien maritime recourt encore massivement à cette technologie. Le rapport anticipe un besoin de 463 tonnes annuelles en France dans l’hypothèse où 5,7 GW d’aérogénérateursoff-shore seraient déployés, un chiffre qui pourrait être revu à la hausse si la volonté gouvernementale d’installer une cinquantaine de parcs off-shore d’ici 2050 venait à se concrétiser.
Développer une filière de recyclage des terres rares devient donc un enjeu majeur, d’autant que leur besoin va croissant au fur et à mesure que l’éolien maritime prend de l’ampleur. En outre, l’aspect stratégique, les coûts humains et environnementaux de l’extraction de ces matériaux sont, à raison, pointés du doigt : pollution de l’air, utilisation de nombreux produits chimiques, consommation extrêmement élevée d’eau…
Pourtant, « recycler les aimants permanents est techniquement possible, assure Filippo Cimitan. Nous l’avons déjà fait sur les premiers prototypes. Mais, comme l’installation des premières éoliennes maritimes aura lieu dans quelques années en France et qu’elles ne seront démantelées qu’au cours de la décennie 2040, personne ne se presse vraiment. » Un constat partagé par l’Ademe, qui pointe dans son rapport technique « un manque de gisement concentré de taille industrielle disponible à l’heure actuelle et sur au moins les deux décennies à venir, qui permettrait d’envisager un déploiement économique des infrastructures de recyclage. » Les pouvoirs publics se sont décidés à réagir, avec l’initiative D3R.
L’Etat est moteur
« Dès 2019, nous avons travaillé à la sécurisation et à l’approvisionnement des matières stratégiques nécessaires à l’aéronautique, à la défense, aux batteries et aux énergies renouvelables, indique Elodie Maxime-Lecleire, qui pilote ce projet à la Direction générale des entreprises à Bercy. Nous avons réuni en 2020 un groupe de travail comprenant les consommateurs d’aimants permanents et les acteurs capables de les recycler. » Des entreprises telles qu’EDF, Renault ou encore Veolia et des centres de recherches comme le CNRS ou le CEA y participent.
L’initiative D3R a ainsi permis d’identifier les problèmes liés à la réutilisation des terres rares : « Les technologies pour recycler existent, mais il faut à présent progresser et généraliser la collecte tout en construisant au niveau européen les instruments pour limiter les exports de ce type de déchets », déclare Elodie Maxime-Lecleire. Cette initiative a pour but de structurer cette filière encore balbutiante, avant que le législateur ne durcisse le ton. Une perspective pas si lointaine car, comme l’annonce Elodie Maxime-Lecleire, « nous travaillons d’ores et déjà avec la direction générale de l’énergie et du climat pour préparer la mise en place d’un recyclage systématique des aimants permanents. »
Si le recyclage des éoliennes en France est donc clairement au menu des industriels et des politiques, un certain nombre d’obstacles doivent encore être levés pour assurer l’innocuité environnementale de leur installation. Concernant l’acier et le béton, leur récupération désormais obligatoire présente un intérêt économique pour les exploitants, et bénéficie de filières de recyclage solidement établies.
Une perspective réconfortante sous réserve que la gestion des exceptions ne devienne pas sources d’abus et de contournement divers. Reste les problématiques des pales et des terres rares pour lesquelles il faudra s’armer de patience. La première devrait connaître un heureux dénouement d’ici la fin de la décennie, tandis que la seconde n’a pas encore trouvé sa solution. Mais la prise de conscience est bien là.
Vous avez un avis ?