Dans quelle mesure la production de batteries est-elle nocive pour l’environnement?

Les batteries lithium-ion ont les meilleures propriétés

Des batteries puissantes sont le facteur décisif pour passer des voitures à moteur thermique à des voitures à propulsion électrique. Les batteries de traction doivent alors répondre à différentes exigences: une densité énergétique élevée pour maintenir le poids faible, la résistance aux cycles de charge et de décharge pour une longue durée de vie, une faible sensibilité thermique pour minimiser l’impact de la température ambiante, ainsi qu’une capacité de charge rapide. En l’état actuel de la recherche, ce sont les batteries dites lithium-ion qui répondent le mieux à ces critères. L’appellation provient du fait que, pour ce type de batterie, des ions lithium se déplacent d’un pôle à l’autre.

Matériaux incorporés dans les batteries

Outre le lithium, qui leur a donné leur nom, les batteries contiennent de nombreux autres matériaux. Une batterie de 60 kWh de construction récente contient 5 kg de lithium, 5 kg de cobalt, 39 kg de nickel, 5 kg de manganèse, 45 kg de graphite, 30 kg d’aluminium, 20 kg de cuivre et 20 kg d’acier.

L’une des difficultés liées à ces matières premières est que leur extraction laisse une empreinte écologique et sociale. En ce qui concerne les effets négatifs sur l’homme et l’environnement, l’accent est mis notamment sur le lithium, dont l’extraction entraîne une forte consommation d’eau dans des régions déjà sèches, ainsi que sur le cobalt. Environ 60% de ce métal est extrait au Congo, où les normes sociales et de sécurité sont souvent insuffisantes. Toutefois, compte tenu de l’origine problématique de ces matières premières, il convient de garder à l’esprit qu’il en va de même pour l’extraction de combustibles fossiles et l’extraction de matières premières en général.

Bilan CO₂ compensé après 40 000 km

Outre les répercussions écologiques et sociales de l’extraction des matières premières, les processus de production de batteries sont également très énergivores. Selon une étude très médiatisée de l’IVL Swedish Environmental Research Institute de 2019, la fabrication des batteries génère en moyenne entre 61 et 106 kilogrammes d’équivalent CO₂ par kilowattheure de capacité de batterie produite. Ainsi, une voiture électrique sort effectivement du lot avec un bilan d’émissions supérieur à celui d’une voiture équipée d’un moteur thermique. Mais comme les voitures électriques génèrent ensuite nettement moins d’émissions à l’usage, ce handicap est compensé en relativement peu de temps. Selon l’outil de calcul Carculator de l’Institut Paul Scherrer, le bilan écologique d’une voiture électrique est nettement meilleur à partir d’environ 40 000 kilomètres. Sur un cycle de vie de 200 000 kilomètres, il faut s’attendre à une économie de 30 tonnes de CO₂ avec le mix électrique suisse. De plus, avec l’augmentation de la production d’électricité à partir de sources renouvelables, ce bilan va encore s’améliorer.

Équivalents CO₂ pour les véhicules de classe moyenne en 2023

Des solutions prometteuses

Même si les voitures électriques constituent dans tous les cas le meilleur choix d’un point de vue écologique, il existe encore clairement un potentiel d’amélioration en matière de production et d’élimination des batteries. La bonne nouvelle est que ce fait est largement reconnu et qu’il existe déjà plusieurs solutions prometteuses. Elles vont des mesures réglementaires à l’amélioration du recyclage des batteries usagées en passant par la modification de la composition des matériaux.

Mesures réglementaires

Le règlement de l’UE sur les batteries, qui est en vigueur depuis février 2024 dans tous les pays de l’UE et de l’EEE, constitue une étape réglementaire importante sur le marché européen. Ce règlement vise à améliorer le taux de recyclage et à promouvoir des pratiques responsables et durables tout au long du processus de production. L’innovation et la production en Europe seront également encouragées, ce qui garantira une plus grande transparence dans les chaînes d’approvisionnement.

Modification de la composition des matériaux

Afin de réduire la dépendance aux matières premières rares et problématiques telles que le cobalt et le lithium, la recherche sur les batteries vise à réduire et à remplacer ces matériaux dans les cellules de batterie. Par exemple, le développement de batteries lithium-fer-phosphate (LFP), qui sont de plus en plus utilisées par différents constructeurs automobiles, notamment en raison de leurs coûts plus faibles, est porteur d’avenir.

Seconde vie et recyclage La gestion des batteries des voitures électriques en fin de vie constituera également un défi croissant. En l’occurrence, il est tout d’abord possible d’utiliser les batteries comme batteries de stockage stationnaires, par exemple dans des installations photovoltaïques, des stations de recharge (voir à ce sujet cette solution de GOFAST) ou des centrales électriques. Cependant, avec la dégradation progressive due à l’âge et aux cycles de charge, l’utilisation de seconde vie prendra également fin. La durée de cette seconde utilisation peut être d’environ 10 ans.

À partir de ce moment, l’accent est mis sur la récupération des métaux précieux contenus dans les cellules de batterie. En Suisse, le recyclage des batteries usagées est prescrit par la loi. Les entreprises Batrec AG, Librec AG et Kyburz Switzerland AG font partie des pionniers de l’innovation en matière de recyclage des batteries lithium-ion. Kyburz Switzerland est l’une des premières entreprises suisses à récupérer d’ores et déjà plus de 90% des matières premières contenues dans ses propres batteries lithium-fer-phosphate grâce à un procédé mécanique. En collaboration avec l’entreprise allemande Vitesco Technologies GmbH, les processus seront à l’avenir industrialisés et optimisés pour répondre à la demande accrue. Batrec AG et Librec AG extraient les précieuses matières premières que sont le cobalt, le nickel, le manganèse, le lithium, le cuivre et l’aluminium dans le cadre d’un procédé de traitement mécanochimique. Librec AG prévoit de lancer l’exploitation à Biberist au deuxième trimestre 2024, avec une capacité de recyclage de 10 000 tonnes par an. En outre, des installations de recyclage de batteries lithium-ion avec des taux de récupération élevés sont construites dans toute l’Europe. Dans le cadre de ces initiatives réjouissantes, il convient toutefois de garder à l’esprit que le recyclage des batteries n’est pas rentable à l’heure actuelle. La rentabilité de l’activité de recyclage dépend du prix des matières premières et des incitations réglementaires telles que les frais d’élimination anticipés.

Conclusion

En raison de leur densité énergétique élevée, de leur résistance à la température et de leur capacité de charge rapide, les batteries lithium-ion sont actuellement les meilleures batteries de traction pour voitures électriques. Toutefois, l’extraction des matières premières nécessaires à la fabrication de ces batteries n’est pas sans poser de problèmes, tant d’un point de vue écologique que social. Bien que l’extraction du pétrole ait également un impact négatif sur l’homme et l’environnement, une nouvelle voiture électrique sort effectivement de la chaîne de production avec une empreinte carbone plus importante qu’un véhicule thermique. Toutefois, en raison des faibles émissions dues à la conduite, cette différence est compensée après environ 40 000 kilomètres. Afin de réduire les effets négatifs de la production de batteries, des mesures d’amélioration sont en cours à différents niveaux. La recherche sur les batteries étudie le remplacement de matériaux problématiques tels que le cobalt et le lithium par des batteries lithium-fer-phosphate (LFP). Au niveau politique, la situation est améliorée grâce à des réglementations efficaces et à la promotion de l’Europe comme site de production. Quant à l’élimination et au recyclage à prévoir, de nombreuses installations de recyclage de batteries sont en cours de construction avec des taux de récupération supérieurs à 90%. Malgré tous ces défis, il est encourageant de constater que l’industrie et les responsables politiques ont pris conscience de la problématique et que l’innovation et la réglementation apportent d’importantes améliorations en vue d’un avenir durable.