Voitures électriques: batteries mode d'emploi

L'électricité devient le nouveau carburant des voitures. Les batteries lithium-ion sont la référence actuelle de l'industrie automobile, remplaçant l'essence ou le gazole émetteurs de CO2 pour entraîner le moteur. Mais devant la raréfaction des ressources, surtout en Europe, elles pourraient évoluer.

Comment ça marche ?

Rechargée, la batterie stocke l'énergie puis, en se déchargeant, transforme de l'énergie chimique (issue des réactions des métaux qui la composent) en énergie électrique.

Son principe consiste à faire circuler des électrons entre deux électrodes, chacune constituée d'un métal différent, l'une négative (l'anode), l'autre positive (la cathode). Elles sont plongées dans un liquide conducteur: l'électrolyte, qui contient du lithium. 

Quels métaux sont utilisés ?

Le modèle de référence actuel de l'automobile mondiale est la batterie lithium-ion dont les deux types les plus fréquents sont les "NMC" (nickel-manganèse-cobalt) et les "LFP" (phosphates de fer lithié).

Les NMC ont une durée de vie plus faible mais une densité énergétique supérieures à celle des LFP. L'extraction du nickel et du manganèse, deux matériaux nécessaires aux batteries NMC, est également plus nocive pour l'environnement.

Les quatre métaux stratégiques sont le lithium, le cobalt, le nickel et le manganèse. Leur chaîne d'approvisionnement est dominée par la Chine.

Des dizaines d'usines d'assemblage de batteries ont été annoncées en Europe mais même les pionniers comme Northvolt (Suède) ou ACC (France) rencontrent des difficultés. 

Par ailleurs, le vieux continent a pour l'instant très peu de capacités de production des composants et des matériaux de base.

Avec son "Critical raw materials act" présenté en 2023, l'Union européenne espère y remédier en favorisant l'établissement de projets miniers, d'usines de raffinage et de recyclage sur le sol européen.

Mi-novembre, un premier camion de lithium allemand a été livré à la raffinerie de Vulcan Energy près de Francfort, qui prévoit une production commerciale à partir de 2027.

Quel poids ?

Chez Tesla, selon la version, le poids d'une batterie va de 400 à 600 kg. Plus la batterie est lourde, plus elle contient de métaux et plus son autonomie est grande, pouvant aller au-delà de 500 km.

Pour une voiture de moyenne gamme, le poids d'une batterie est compris entre 250 et 350 kg selon le site Izi, mis en place par EDF pour accompagner les particuliers dans la transition. 

Pour être les plus économes possible, les véhicules doivent être plus aérodynamiques mais aussi plus légers.

Quels risques ?

Les batteries lithium-ion "peuvent devenir dangereuses en vieillissant et en s'échauffant", souligne Paul Poulain, spécialiste en risques industriels, qui demande des "modifications réglementaires" en France, régissant leurs conditions de stockage et de transport pour éviter les incendies.

En brûlant, elles libèrent de l'acide fluorhydrique, corrosif et agent décalcifiant pour le corps humain. Comme celles des téléphones portables, elles ne doivent pas être jetées dans les poubelles mais apportées au recyclage.

Recycler

Pour recycler, il faut séparer et trier les métaux. On commence par broyer les anodes et les cathodes.

Le résultat est une poudre noire baptisée "black mass" raffinée ensuite par divers procédés.

L'Europe ne disposant pas d'usines de recyclage de batteries, les "black mass" sont exportées aux Etats-Unis ou en Asie.

Julien Masson, directeur de la stratégie du groupe minier français Eramet, estime que "l'on peut recycler 95% des métaux principaux" des batteries lithium-ion d'ici "quinze ans environ" en Europe, pour éviter de réimporter des métaux.

Les besoins encore limités en recyclage empêchent la structuration de la filière.

Ailleurs en Europe, le groupe minier suisse Glencore a annoncé un projet de "hub européen" du recyclage de batteries en Sardaigne (Italie), d'ici 2027 pouvant traiter jusqu'à 70.000 tonnes de black mass par an.

Quel avenir ?

Pour augmenter l'autonomie des batteries en évitant les risques d'incendie, le taïwanais ProLogium, qui va ouvrir une usine en France d'ici 2030, parie sur une technologie de batteries "solides".

Le séparateur - élément clef pour le fonctionnement d'une batterie - est en céramique et non en polymère, rendant la batterie beaucoup plus résistante aux chocs, moins encline aux courts-circuits et donc à prendre feu.

Comme la batterie lithium-souffre, elle aussi au stade expérimental, elle permet une plus grande autonomie des véhicules et est plus légère que la lithium-ion.

Autre avantage: les matériaux nécessaires à leur confection peuvent être trouvés en Europe et leur extraction est moins nocive pour l'environnement que celle du cobalt, du manganèse ou du nickel.