Intégration systémique de l’éco-conception dès la phase de R&D des technologies photovoltaïques

Systemic integration of Eco-design in photovoltaic technologies R&D

• Auteur / Autrice : Nouha Gazbour
• Direction : Christian Schaeffer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie electrique
• Date : Soutenance le 14/02/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Peggy Zwolinski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Maudet-Charbuillet, Lucas Weiss
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Perry, Erwann Fourmond

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergies renouvelables

Recherche industrielle

Systèmes photovoltaïques

Écoconception

Mots clés libres

Photovoltaïque

Eco-Conception

R&d

Intégration

Systemic

Photovoltaic

Eco-Design

R&d

Integration

Systemic

Résumé

Face aux enjeux environnementaux actuels, s’investir dans les énergies renouvelables au nom de la « transition énergétique » est l’alternative la plus adoptée par de nombreux pays. Les énergies renouvelables, en particulier l’énergie photovoltaïque, sont ainsi devenues des secteurs concurrentiels innovants en pleine expansion. Dans ce contexte, il est donc nécessaire de s'assurer que les nouvelles technologies PV, qui sont complexes et issues de plusieurs étapes de fabrication, répondent aux critères d'un produit peu impactant pour l’environnement, dénommé ici éco-conçu. L’état de l’art sur l’éco-conception montre que la prise en compte des contraintes environnementales dans les projets de R&D à échelle TRL « Technology Readiness Level » bas est encore un phénomène émergent, pour les raisons suivantes : d’une part l’évaluation de l’impact environnemental est relativement complexe pour une technologie non mature en cours de développement (TRL bas) ; ses caractéristiques et procédés de fabrication n’étant pas encore tous connus ; d’autre part les outils identifiés présentent plusieurs écueils qui limitent leur intégration dans les organismes PV de R&D.Ce travail de recherche vise donc à développer une méthodologie pour permettre l’intégration pérenne de l’éco-conception dans les organismes de R&D, pour accompagner leurs partenaires industriels dans leur effort d’innovation et de compétitivité.La méthode développée est ainsi basée sur le principe d’estimation des taux d’évolutions techniques, économiques et environnementales d’une nouvelle technologie (TRL bas) par l’intermédiaire d’une base de données de référence. La construction de cette dernière s’appuie sur l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) comme outil de pilotage pour fournir des résultats fiables, malgré le faible niveau TRL.Pour intégrer de façon pérenne cette approche au sein des organismes de R&D, la méthode développée a été implémentée dans un outil informatique « ECO PV » dédié aux systèmes PV en silicium cristallin, qui constituent plus de 90% du marché PV actuel. Basé sur le principe de démocratisation des connaissances environnementales et de la capitalisation des informations, cet outil est accessible non seulement aux experts en ACV mais aussi à l’ensemble des ingénieurs du domaine PV.Ce travail de recherche a enfin permis d’une part de générer des premiers résultats à la fois fiables, simples et quantifiés, et de développer une méthodologie d’éco-conception pour orienter les choix technologiques des projets dans les phases amont de R&D, afin de développer des systèmes PV plus respectueux de l’environnement.

Faced with current environmental challenges, investing in renewable energies in the name of the "energy transition" is the alternative most adopted by many countries. Renewable energies, in particular photovoltaic solar (PV) energy, have thus become innovative and competitive sectors in full expansion. In this context, it is therefore necessary to ensure that new PV technologies, which are complex and the result of several manufacturing stages, meet the criteria of a product with low environmental impact, referred here as eco-designed.The state of the art on eco-design shows that the consideration of environmental constraints in R&D projects with low TRL "Technology Readiness Level" is still an emerging phenomenon, for two main reasons. On the one hand, environmental impact assessment is relatively complex for a non-mature technology under development (TRL low) because its characteristics and manufacturing processes are not yet fully defined. On the other hand, the identified tools in the literature have several limitations that impede their appropriation in R&D organizations.This research work therefore aims to develop a methodology to enable the sustainable integration of eco-design into R&D organizations, supporting their industrial partners in innovation and competitiveness. Thus, the developed method is based on the estimation of the evolution rate of technical, economic and environmental criteria of a new technology (low TRL) through a specific database of reference. The construction of the database relies on Life Cycle Assessment (LCA), used as a management tool to provide reliable results, despite the low TRL level.To integrate this approach into R&D organizations in a sustainable way, the method developed was implemented in a software "ECO PV" dedicated to crystalline silicon PV systems, which represent more than 94% of the current PV market today. Based on the principle of democratization of environmental knowledge and capitalization of information, this tool is accessible not only to LCA experts but also to all engineers in the PV field.Finally, this research work enabled to generate reliable, simple and quantified results and to develop an eco-design methodology to guide the technological choices of projects in the upstream phases of R&D, in order to develop PV systems more environmentally friendly.