Alors que les véhicules électriques se multiplient sur les routes à vitesse grand V, les industriels planchent sur le recyclage des batteries lithium-ion, également présentes dans les smartphones, PC et autres objets connectés. Une filière d’avenir qui vise à améliorer la réutilisation de métaux rares et stratégiques tout en réduisant leur impact écologique et social.
En Europe, le marché de la voiture électrique trace son chemin à toute vitesse (+80 % en 2019), laissant présager un volume croissant de batteries lithium-ion usagées. Constructeurs automobiles et recycleurs anticipent d’ores et déjà l’essor rapide du marché du traitement des batteries, qui devrait atteindre selon certaines estimations 130 000 tonnes à l’horizon 2030. Le développement d’une filière de recyclage apparaît désormais comme une nécessité, non seulement pour améliorer la gestion de la fin de vie des accumulateurs en question qui constituent des déchets dangereux, mais aussi réduire l’impact environnemental lié à leur fabrication.
Car l’extraction de métaux stratégiques pèse lourd sur la balance. En cause notamment : le cobalt et le lithium. Le premier, rare et toxique, provient à 60 % de République démocratique du Congo où plusieurs ONG ont alerté sur les conditions de travail dans ses mines dans lesquelles travaillent parfois des enfants. On estime que ses réserves seront épuisées d’ici 22 à 57 ans. Quant au second, il est exploité en grande partie en Amérique du Sud dans les salars, avec des techniques d’extraction très gourmandes en eau. Si l’accès à ce minerai n’est pas menacé à court ou moyen terme – le stock mondial est évalué à 80 millions de tonnes selon les dernières estimations de l’Institut d'études géologiques des États-Unis qui gonflent chaque année –, son prix est deux fois plus élevé qu’en 2015. Raison de plus pour se mettre au recyclage…
En Europe, le marché de la voiture électrique a augmenté de
80 % en 2019.
Le marché du traitement des batteries devrait atteindre
130 000 tonnes à l’horizon 2030.
Impact social et environnemental, l'extraction de métaux stratégiques pèse lourd sur la balance.
Boucler la boucle
En Europe, les industriels sont déjà sur le coup. Lancé en mai 2019, le projet d’ « Airbus des batteries », regroupant sept pays européens dont la France et l’Allemagne, espère se faire une place sur le marché des batteries lithium-ion pour l’instant dominé à 90 % par l’Asie, dont la moitié par la Chine. Le recyclage devrait les y aider, ne serait-ce que pour sécuriser l’approvisionnement en minerais stratégiques.
À l’heure actuelle, la législation européenne impose aux constructeurs automobiles de recycler au moins 50 % de la masse des batteries usagées. Mais les usines de recyclage visent plus haut. Sur le site d’Euro Dieuze Industrie (EDI) en Moselle fondé en 1991 et exploité par Veolia, cette proportion monte jusqu’à 80 %, avec 700 tonnes de batteries traitées en 2020 et l’ambition d’en traiter 10 000 en 2025. Le processus est complexe : après une phase de décharge électrique (pour des raisons de sécurité) puis de démantèlement de chaque élément et de découpage pour extraire les cellules actives et enfin de broyage mécanique, les batteries usagées sont traitées à froid par hydrométallurgie pour en extraire un mélange concentré de métaux recyclables et ensuite pouvoir les valoriser. Celui-ci est alors revendu à un métallurgiste chargé de les purifier afin de leur donner une seconde vie dans de nouvelles applications industrielles.
Le partenariat signé entre Veolia et le groupe belge de chimie Solvay en septembre 2020 marquera une nouvelle étape vers l’économie circulaire. « Avec la technologie de Solvay, nous irons plus loin dans la chaîne de valeur, expose Shabnam Gholamifard, qui coordonne le transfert de savoir-faire et le développement de l’activité de recyclage des batteries Li-ions à l’international au segment Traitement et valorisation des déchets dangereux chez Veolia. Les méthodes d’extraction liquide-liquide nous permettront de purifier les métaux qui seront ensuite directement réutilisables par les fabricants de batteries : le nickel, le cobalt, le lithium... » Si ce procédé fonctionne et parvient à passer à l’échelle industrielle, elle estime que 10 000 tonnes de batteries pourront alors être recyclées chaque année.
Une batterie a plusieurs vies…
Pour cette activité émergente mais prometteuse, le défi est à la fois technologique et économique. « Aujourd’hui, les acteurs sont peu nombreux sur le marché et peu d’industriels maîtrisent ces procédés, explique Shabnam Gholamifard. De plus, les batteries des voitures électriques ayant une durée de vie d’environ dix ans, le volume disponible sur le marché n’est pas très important pour l’instant. » Sans compter que la composition des accumulateurs pourrait encore changer dans les années à venir, forçant les recycleurs à s’adapter. « Depuis quelques années, on évolue vers moins de cobalt dans les batteries, qui est remplacé par d’autres métaux plus disponibles et moins coûteux, détaille-t-elle. Mais pour la sécurité des batteries, on ne peut pas aller en-dessous de certains seuils ». Des projets de batteries sans cobalt sont toutefois en cours, à l’instar de COBRA (CObalt-free Batteries for FutuRe Automotive Applications), cofinancé par le programme Horizon 2020 de la Commission européenne. Dépourvue de cobalt et de lithium, la batterie sodium-ion – développée notamment par la société française Tiamat – pourrait elle aussi avoir de beaux jours devant elle. La quantité d’énergie stockée par unité de masse est encore inférieure de 40 % aux meilleures batteries lithium-ion, mais les progrès sont rapides. D’autant que le sodium est plus abondant sur Terre que le lithium et moins cher.
« Plusieurs de nos clients, en particulier les constructeurs automobiles, nous demandent des solutions pour la réutilisation de batteries en fin de vie, note Shabnam Gholamifard. Celles-ci gardent quand même 70 à 80 % de leurs capacités et on a tout intérêt à les réutiliser pour d’autres usages, notamment stationnaires, qui nécessitent moins d’énergie ». Des solutions expérimentées notamment par Renault, que ce soit pour optimiser le stockage d’énergie renouvelable, booster des bornes de recharge, alimenter le système de réfrigération sur certains modèles et même des bateaux électriques…
Une batterie a plusieurs vies, il est temps de toutes les explorer.
Autre piste à l’étude :
le réemploi.
En collaboration avec Usbek & Rica, le média qui explore le futur