La recherche veut améliorer le recyclage des batteries des voitures électriques

En Suisse, la demande de batteries de véhicules électriques est actuellement en forte hausse. L’année dernière, 34 000 véhicules électriques neufs ont été mis en circulation. Ils représentent actuellement 18 % des nouvelles immatriculations (véhicules exclusivement électriques: 9,9 %). Selon les estimations, la part des véhicules électriques devrait atteindre 40 % d’ici 2025 et 91 % d’ici 2035. Le développement de l'Électromobilité passe par une adaptation des batteries. Elles sont l’élément clé pour réduire les émissions de CO2.

Batteries de véhicules électriques: points importants

Actuellement, des batteries lithium-ion sont utilisées. Elles ont été développées à partir des modèles utilisés dans les années 1990 dans les appareils électroniques portatifs. Certes, elles ont été améliorées au fil du temps; la densité d’énergie a notamment triplé, mais quelques lacunes persistent.

La production de batteries reste coûteuse et est responsable d’une grande partie des émissions de CO2 imputables à la fabrication de véhicules. La fabrication de la batterie engendre environ un quart des émissions de gaz à effet de serre induits par la production d’une voiture de tourisme milieu de gamme équipée d’une batterie de 42 kWh. Elles contiennent en outre de précieuses ressources comme le lithium, le cobalt, le nickel, le manganèse, le cuivre, l’aluminium et le graphite, dont l’extraction a toujours un impact sur l’environnement. Dans certains pays, des normes de santé et de sécurité acceptables font défaut, notamment pour l’extraction du cobalt. De plus, une trop grande quantité de matériaux précieux est perdue lors du recyclage des batteries.

Ambiance frénétique dans la recherche

Dans un premier temps, les chercheurs s’emploient à optimiser les caractéristiques des batteries, à accroître leur longévité et à les rendre plus légères, moins chères, plus performantes et plus écologiques, notamment en privilégiant des batteries à haute énergie, pauvres en cobalt et riches en nickel. Le marché est alimenté par les nombreuses subventions allouées à la recherche. «Les recherches menées dans ce pays par des start-up et des grands groupes pourraient déboucher sur des innovations de plusieurs milliards de dollars», concluait récemment le Handelszeitung.

Ainsi, l’Union européenne a lancé l’initiative de recherche Battery 2030 et fondé le groupement industriel European Battery Alliance. L’objectif est clair: faire de l’Europe le leader mondial dans le développement et la production des batteries du futur. Les constructeurs européens ont accumulé un retard important; les cellules de batterie et de nombreux autres composants proviennent en grande partie d’Asie. Les pays européens souhaitent sortir de cette dépendance. En Suisse, ce sont surtout le Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche, les EPF et l’Institut Paul Scherrer qui s’efforcent d’améliorer la durabilité des batteries. Corsin Battaglia, chercheur à l’Empa, parle d’une ambiance digne de la ruée vers l’or. En effet, la fortune est promise à celui qui parviendra à réinventer les batteries des voitures électriques ou du moins à les améliorer. Des recherches sont donc menées dans ce domaine de manière particulièrement intensive.

Corsin Battaglia informe de l’évolution actuelle.

Les batteries bipolaires soulèvent beaucoup d’espoir. Leurs cellules ne sont plus séparées en petites pièces et alignées, mais empilées sur une large surface. Grâce à ce nouveau concept, l’autonomie devrait atteindre 1 000 kilomètres.

D’autres instituts de recherche comme l’Empa misent sur des batteries solides sans liquides toxiques et inflammables. Ce modèle est rechargeable plus rapidement et doit garantir une longue durée de vie et une puissance élevée. Des batteries au magnésium et au soufre sont aussi à l’étude. Les matières premières utilisées seraient moins chères et la technique pourrait en théorie stocker deux fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion. De même, les électrodes à couche mince en silicium et lithium pourraient rendre les batteries plus compactes et plus légères. «La recherche bat son plein et les attentes sont immenses», dit Corsin Battaglia.

Une seconde vie pour les batteries

On considère aujourd’hui qu’il faut en moyenne entre 1 000 et 1 500 cycles de recharge pour que les batteries de traction atteignent entre 70 et 80 % de leur capacité originale. Aujourd’hui, avec l’autonomie habituelle par cycle de recharge (env. 300 km), cela correspond à une durée de vie comprise entre 300 000 et 450 000 km. L’autonomie et les possibilités d’accélération diminuent tandis que le temps de charge s’allonge. Les batteries usées doivent donc être triées. Celles qui sont arrivées en fin de vie et qui sont intactes ont une seconde vie. Leur capacité réduite est suffisante pour motoriser des scooters ou des chariots élévateurs. Elles peuvent aussi servir d’accumulateurs intermédiaires pour la stabilisation du réseau ou pour des installations photovoltaïques dans des maisons individuelles, ou d’accumulateurs dans des stations de recharge rapide.

Chaque gramme de matériau compte

Les batteries défectueuses doivent être éliminées conformément aux spécifications environnementales. En Suisse, la première installation de recyclage spécialisée dans les batteries de voitures verra le jour dans le canton de Soleure. Cette installation sera exploitée par Librec. Elle sera mise en service en 2023 et traitera les déchets produits en Suisse. Librec utilise des technologies de recyclage ultramodernes. La quasi-totalité des matériaux des batteries en fin de vie peut être extraite et réacheminée dans le cycle de production. Le taux de recyclage dépasse largement 90 % alors qu’il n’est que de 70 % avec d’autres procédés. Ainsi, on économise de précieuses ressources et on évite des transports vers les pays voisins. Ces transports sont coûteux et dangereux car les batteries au lithium sont hautement inflammables et doivent être expédiées dans des conteneurs ignifuges.

 À partir de 2023, un taux de recyclage de 90 % deviendra la norme

Des installations au fonctionnement écologique telles celles que Librec prévoit de mettre en service à Oensingen ou Biberist sont en projet dans de nombreux pays européens. L’Union européenne a en effet décidé de durcir la législation dans ce domaine. D’ici fin 2027, les taux de recyclage de 90 % pour le cobalt, le cuivre, le plomb et le nickel et de 50 % pour le lithium doivent devenir la norme. Ils continueront de s’améliorer d’ici 2030 (80 % pour le lithium d’ici fin 2030). De plus, à compter de 2030, toutes les batteries mises sur le marché devront inclure un minimum de matériaux recyclés. Une mesure qui soutient la mise en place d’une économie circulaire et rend l’électromobilité encore plus durable.

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