Les éoliennes / Le recyclage & l’utilisation de terres « rares »

Bien qu’elles n’émettent pas de gaz à effet de serre direct, les éoliennes font l’objet de polémiques et de critiques. Le sujet est vaste et animé 😉 . J’ai donc décidé de créer un « dossier » sur une partie du « problème » : le recyclage et l’utilisation de métaux rares en essayant de voir les solutions et les perspectives dans les années à venir. Je ne suis ni un fan ni un détracteur primaire des éoliennes. A titre personnel, je trouve que leur implantation sur le bord des quatre voies ou sur des « usines à blé intensif » en Beauce ne gêne pas grand monde ou grandes vaches. Par contre, elles font « taches » dans certains lieux naturels ou sur certains offshore. Je trouve que quelques dizaines d’éoliennes qui fournissent de l’électricité non nucléaire et non charbonnée pour quelques dizaines de milliers d’habitants, c’est pas une tare en soi. Cependant, dans le souci d’être le plus objectif possible, il faut ouvrir les yeux sur quelques problèmes réels les concernant tout en cherchant des solutions pour y remédier dans un proche avenir, ce que font des centaines de chercheurs(ses), technicien(ne)s de l’environnement et de l’industrie. Vous verrez dans ce post que ces solutions ne concernent pas que les éoliennes incriminées…Bonne lecture.

Alan Mabden pour Pigrai Flair/ la culture a du sens – 21 Février 2021

Une éolienne terrestre produirait en un an et une éolienne marine en 14 mois, assez d’énergie pour compenser celle qui a été nécessaire à sa fabrication. L’éolien est une énergie « propre », mais qui va poser des problèmes de recyclage dans les années à venir, particulièrement pour les pales en matériaux composites. En France, on estime à 1500 le nombre de turbines à démonter dans les cinq ans à venir. Une éolienne, c’est un socle en béton de 1 500 tonnes, un mât de 900 tonnes en acier ou en béton, une nacelle en acier de 70 à 170 tonnes, des pâles de 30 à 40 tonnes composées d’un mélange de plastique et de fibre de verre qu’il va falloir recycler et des terres dites rares très polluantes à l’extraction. Les retours d’expérience sur le recyclage des éoliennes sont encore faibles, mais les premiers démantèlements se feront entre 2020 et 2030, avec le renouvellement de 5 gigawatts en France.

La Programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE)

Elle comporte une clause qui spécifie que le recyclage des principaux composants des éoliennes sera rendu obligatoire d’ici 2023. Cette perspective est à l’origine de la création d’une filière française pour le démantèlement des éoliennes en fin de vie. Dénommée D3R elle vise la Déconstruction des parcs éoliens, le Reconditionnement des gros composants, le Recyclage des pales et la Revente des métaux, des matériaux recyclés et des composants. A terme, plusieurs centaines d’emplois seront créés. L’Ademe fait l’hypothèse que le béton des fondations sera intégralement recyclé. L’acier, la fonte, le cuivre et l’aluminium, présents dans la nacelle et le mât seront recyclés à hauteur de 90 %.

Source : https://www.ademe.fr/terres-rares-energies-renouvelables-stockage-denergies

Les éoliennes nécessitent beaucoup de métaux, notamment de l’acier, très énergivore, présent en grande quantité dans les nacelles et les mâts. Les principaux impacts environnementaux se situent au niveau de l’utilisation des ressources fossiles nécessaires à la fabrication des composants. Viennent ensuite les différents plastiques présents dans les pales et les nacelles.

Les parties métalliques comme le mat et le rotor constituent plus de 90 % du poids des aérogénérateurs et se recyclent sans problème dans les filières existantes. La valeur marchande de ces ferrailles fait d‘ailleurs souvent du démontage d’une éolienne une opération rentable. Le béton armé des fondations peut aussi être facilement valorisé : trié, concassé et déferraillé il est réutilisé sous la forme de granulats dans le secteur de la construction.

Les terres rares

Quelques métaux rares sont parfois utilisés, mais ne posent pas de problèmes d’approvisionnement particulier. L’approvisionnement en deux terres rares, le néodyme et le dysprosium, reste à surveiller. Les OTR principalement utilisées dans l’éolien sont le néodyme (Nd2O3, Oxyde de Néodyme) et le dysprosium. C’est l’alliage néodyme/fer/bore qui est particulièrement intéressant dans le cas de l’éolien mais il doit être dopé au dysprosium pour pouvoir travailler dans des gammes de températures larges (il perd ses propriétés magnétiques en deçà d’une certaine température).

Selon les études réalisées à ce jour, une éolienne utiliserait de 600 à 700 kg d’aimants par MWde capacité, dont 25 à 29% de néodyme et 4% de dysprosium dans l’aimant permanent de la génératrice. Elles sont utilisées pour leurs propriétés magnétiques dans les éoliennes à aimants permanents. Fin 2018, l’ensemble du parc éolien français comptait environ 70 tonnes de néodyme et 13 tonnes de dysprosium. Soit moins de 1,5 % du marché annuel mondial de chacun de ces éléments.

Les terres rares ne sont pas rares. Leur criticité est principalement liée au quasi-monopole actuel de la Chine pour leur extraction et leur transformation. La Chine réalisait environ 86% de la production mondiale de terres rares en 2017. L’extraction des terres rares présente, comme toute extraction minière et de transformation métallurgique, des impacts environnementaux dont la modification des paysages, des sols et du régime hydrographique local. Les impacts diffèrent suivant les types de gisement. La spécificité environnementale de l’extraction des terres rares par rapport à d’autres métaux vient de la présence de thorium et d’uranium dans les gisements dits «de roches» qui induisent une pollution radioactive des différents rejets. La consommation de terres rares dans le secteur de la production d’énergies renouvelables réside essentiellement dans l’utilisation d’aimants permanents pour l’éolien en mer. Seule une faible part des éoliennes terrestres en utilise, environ 6% en France. A un horizon de 10 ans, selon une capacité éolienne en mer projeté à 120 GW dans le monde, et au regard de la production annuelle monde de terres rares, le besoin représente moins de 6% de la production annuelle en néodyme et plus de 30% de la production annuelle en dysprosium. Les technologies solaires photovoltaïques actuellement commercialisées n’utilisent pas de terres rares.

Des conceptions d’éoliennes sans terres rares

Il est tout-à-fait possible de concevoir des éoliennes sans terres rares, il s’agit uniquement d’une question de choix technologique du constructeur. Des solutions de substitution existent : génératrices asynchrones ou génératrices synchrones sans aimant permanent, par exemple. Le constructeur allemand ENERCON (50,6% de part de marché en Wallonie) utilise une autre technologie qui ne requiert pas de néodyme pour ses aimants permanents dans ses génératrices de 800 kW à 4,2 MW.. Repower, Fuhrlander et Nordex ne semblent pas utiliser la technologie des aimants permanents. L’aimant permanent a aussi été supprimé dans le moteur de la Renault Zoé.

L’intégration raisonnée d’une certaine quantité d’aimants recyclés dans les futures productions d’aimants s’annonce prometteuse. Une équipe du Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (LITEN) du CEA de Grenoble a démontré qu’il est possible de produire des aimants présentant des performances comparables à ceux du commerce en utilisant jusqu’à 30 % de matière recyclée.

Démantèlement éolien

S’il existe un marché de l’occasion pour les anciennes éoliennes qui prennent parfois le chemin de la Pologne ou de la Russie pour y poursuivre une seconde vie, la plupart du temps, les turbines sont démontées. Si le site n’est plus utilisé pour l’exploitation du potentiel éolien, Il est débarrassé de tous les équipements liés au projet et le terrain restitué à son usage initial ou à une autre destination approuvée. En France, la réglementation précise, dans un article du Code de l’environnement, que l’exploitant est responsable de la remise en état du site. A cet effet, les promoteurs doivent, au moment de la construction d’un parc, provisionner une somme de 50.000 € par éolienne pour son futur démantèlement. Les premiers démontages effectués en France ont montré que ce montant correspond au coût réel. Un arrêté ministériel impose l’enlèvement des câbles électriques enterrés, l’excavation des fondations sur une profondeur minimale de 1 mètre (dans le cas de terrains agricoles) et leur remplacement par des terres dont les caractéristiques sont comparables au sol en place. Les aires de grutage et les chemins d’accès doivent aussi être déconstruits sauf si le propriétaire du terrain souhaite les conserver.

Le démantèlement d’une éolienne n’est pas une tâche aisée. Traditionnellement, elle est séparée en gros morceaux : le mât, les pales (au nombre de trois en général) et le socle en béton. Chaque pièce est soit très lourde, soit très longue (plusieurs dizaines de mètres). Il faut donc des véhicules très volumineux – et très polluants – pour les transporter jusqu’à un centre de traitement. Imaginez la taille du convoi nécessaire au transport de rotors qui mesurent 17 m de diamètre pour les éoliennes installées dans les années 1980, 160 m pour celles qui sont fabriquées aujourd’hui, et même 250 m pour celles qui seront mises en service demain. D’où l’idée simple et géniale de découper les mats et rotors sur place.

Découpage du mat d’une éolienne en cours de démantèlement à Perwez (Wallonie)

Le recyclage des pales

Les pales des éoliennes de grande taille sont fabriquées à partir de matériaux composites qui allient ces qualités de résistance et de légèreté. Les matériaux choisis pour construire les pales des éoliennes en mer doivent de plus être résistants à la corrosion. Les chercheurs de l’Université américaine de Case Western ont par exemple mis au point un matériau composite réalisé à partir de polyuréthane renforcé avec des nanotubes de carbone. Les pales construites dans ce matériau sont annoncées comme étant 8 fois plus solides que les pales en matériaux composites traditionnelles, tout en étant plus légères. Les pales, en raison de leur composition complexe, sont les seules parties d’une grande éolienne qui pour l’instant ne peuvent pas être recyclées. Elles ne représentent que 2% du poids total de l’éolienne. Elles sont incinérées pour récupération de chaleur ou broyées pour servir à la fabrication de ciment.

Les matériaux composites utilisés pour la fabrication des pales sont des mélanges de fibre de verre, de fibre de carbone, de résines polyester ou de résines d’époxy. D’ici 2021 plus de 50.000 tonnes de pales d’éoliennes seront déclassées. L’industrie s’est donc mobilisée pour trouver des solutions. Le problème est d’ailleurs plus vaste que celui du recyclage des éoliennes puisque ces mêmes matériaux sont utilisés pour de nombreuses autres applications, comme par exemple les coques de bateaux et de kayaks, les planches à voiles, des réservoirs, des éléments de carrosserie dans la construction automobile, des pièces pour l’aéronautique, etc.

Le recyclage des pales en fibre de carbone est une autre affaire. D’une manière générale, du fait de sa solidité et de sa légèreté, la fibre de carbone est un matériau d’avenir. Elle occupe d’ailleurs une place de choix dans les industries automobile, aéronautique ou encore sportive.

Une grande scie à pales d’éoliennes qui permet de les découper en morceaux, directement sur place, rendant leur transport plus aisé.
Elles peuvent alors être broyées et valorisées comme combustible dans les cimenteries, en remplacement des carburants fossiles traditionnellement utilisés comme le mazout. Les cendres servent ensuite de matière première dans la fabrication du ciment. Cette technologie évite donc la production de déchets. Une autre possibilité consiste à utiliser le broyat de pales pour fabriquer de nouveaux matériaux composites. De très nombreux usages peuvent être envisagés comme des dalles de sol, des glissières de sécurité le long des axes routiers, des plaques d’égout, des skateboards, des meubles ou des panneaux pour le bâtiment. En moins d’un an, GFSI a recyclé 564 pales selon cette méthode.

L’originalité du recyclage aux Pays-Bas

A Rotterdam, un bureau d’architectes a imaginé une utilisation plus originale et ludique pour les anciennes pales d’éoliennes. Il a conçu une aire de jeux en utilisant des morceaux de pales d’anciennes turbines pour aménager des tunnels, des tours, des toboggans, des rampes, des glissières et des obstacles qui font le bonheur des enfants. Ces éléments ont été fixés au sol et peints en blanc avec des bandes de couleurs vives. Sur la Willemsplein, la municipalité a également installé des bancs publics fabriqués avec des morceaux de pales d’éoliennes. Plus au nord, la ville hollandaise d’Almere, a créé des abribus en utilisant ces mêmes déchets de pales, et au Danemark, on en fait des abris vélo. Selon les estimations, si seulement 5% de la production annuelle de mobilier urbain aux Pays-Bas, tels que les aires de jeux, les bancs publics et les abribus étaient fabriqués avec des pales de turbines déclassées, on pourrait recycler utilement les 400 pales démantelées chaque année dans le pays.

2 commentaires

  1. Salut Alan,
    Ton article est d’une richesse pédagogique incroyable. J’ignorais bien des choses au sujet de l’éolien, notamment concernant le recyclage des principaux composants d’une éolienne.

    Pour ma part, comme toi, je suis mitigé sur le sujet. En effet je pense que les éoliennes constituent une véritable pustule au milieux de certains somptueux paysages. Cependant, comme tu le soulignes, dans des zones industrielles déjà passablement moches, pourquoi pas?
    Autre soucis de mon point de vue, un impact écologique direct sur les écosystèmes locaux, là où sont implantées les éoliennes. Nos amis les oiseaux sont régulièrement victime du tranchoir que sont les pales d’une éolienne qui tourne bien. Cet exemple est connu, mais il existe aussi un impact non négligeable sur la faune évoluant au sol, en particulier sur les populations d’insectes.
    Le problème des nécessités en terres rares que tu as parfaitement développé complique un peu plus une problématique déjà épineuse.
    Bravo pour ce beau dossier fort instructif.

    📪D’autres part, j’ai tenté trois fois de t’envoyer l’ébauche de l’article que je souhaite publier au sujet de ton Blog( j’ai utilisé ton mail de contact), mais le message m’est revenu avec un avis m’informant que le message n’a pu être transmis. Peut être à cause de la pièce jointe PDF?
    Si tu peux me communiquer par mail une de tes autres adresses mail, afin de pouvoir te soumettre cet article, je t’en saurais gré😉.
    Bien à toi

    Ben

    1. Merci Ben pour ton retour et tes infos complémentaires sur l’impact écologique direct sur les écosystèmes locaux. Moi aussi, j’ai beaucoup appris en faisant cet article. Quand on les voit de loin, ça a l’air cool, mais de près ce sont de véritables monstres de béton, d’acier et de plastique. Que faire sans fission nucléaire? Perso, j’aime bien l’idée du tandem solaire-hydrogène facile a adapter sur les batiments et dans des endroits désertiques. Et puis il y a bien sur notre mode de consommation un peu trop vorace…

      PS: Pour l’adresse mail, j’ai un souci provisoire avec tutanota.com. Je reviens vers toi dès que c’est réglé ou bien je te donnerais une autre adresse mail. A bientôt.

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