Voitures électriques: recyclage des batteries pour plus de durabilité

Lors de leur fabrication, les batteries des voitures électriques consomment beaucoup d’énergie et de ressources. C’est pourquoi leur recyclage est essentiel, une tâche qui gagnera particulièrement en importance à partir des années 2030. Les entreprises suisses veulent elles aussi être impliquées.

20.07.2024

Durabilité

Pourquoi le recyclage des batteries des voitures électriques est-il important?

Si de plus en plus de personnes utilisent des véhicules électriques, ces dernières seront donc de plus en plus nombreuses à l’avenir. À la fin de leur vie, elles doivent être mises au rebut. Mais que faire de leurs batteries lithium-ion? Comme l’électromobilité offre l’opportunité de rendre les transports plus durables, jeter n’est pas une solution. En effet, la fabrication de batteries de voitures électriques est particulièrement gourmande en matières premières et en énergie. En outre, diverses matières premières, comme le cobalt, proviennent de pays aux normes sociales discutables. Enfin et surtout, l’Europe est dépendante d’un petit nombre de pays pour de nombreuses matières premières. La solution à tous ces problèmes est le recyclage: il préserve les ressources et limite les dépendances.

Le recyclage des batteries des voitures électriques doit être réalisé à grande échelle. Selon une étude commandée par l’Office fédéral de l’énergie datant de 2023, la production mondiale de batteries lithium-ion sera multipliée par six à dix d’ici 2030. On parle alors d’un besoin de capacité de l’ordre de plusieurs térawattheures, soit plusieurs milliards de kilowattheures. Par an! Avec un térawattheure de capacité de production, environ 15 millions de voitures de tourisme électriques peuvent être équipées de batteries.

Quelle est la durée de vie d’une batterie de voiture électrique?

Une batterie de voiture électrique a une durée de vie d’au moins huit ans ou 160'000 kilomètres. La plupart des constructeurs de véhicules électriques garantissent que leurs batteries lithium-ion auront alors encore au moins 70% de capacité. Chez certains prestataires, la garantie est même encore plus élevée. La durée de vie d’une batterie de voiture électrique dépend de nombreux facteurs, par exemple:

du style de conduite
des températures extérieures typiques
du type de recharge

L’expérience pratique montre que les batteries de traction durent longtemps et sont relativement fiables, comme le révèlent par exemple les tests de longue durée de l’ADAC (Allgemeiner Deutscher Automobil-Club) avec la BMW i3, la Nissan Leaf et la Renault Zoe. En 2022, Renault a publié ses propres expériences avec les batteries lithium-ion de la Zoe E-Tech: 99% de toutes les batteries utilisées depuis leur lancement sur le marché en 2013 étaient encore pleinement fonctionnelles et présentaient au moins 70% de la capacité initiale.

Qu’est-ce que la seconde vie d’une batterie de voiture électrique?

Dans le cadre de leur seconde vie, d’anciennes batteries de voitures électriques peuvent être utilisées comme accumulateurs tampons stationnaires dans le réseau électrique. Cela devient pertinent lorsqu’une batterie lithium-ion est suffisamment vieillissante pour réduire de manière inacceptable l’autonomie du véhicule.

Comme l’approvisionnement énergétique doit devenir plus durable pour protéger le climat, la part des énergies renouvelables augmente. Cette évolution se constate dans le monde entier . Les énergies éolienne et solaire y jouent un rôle important. Mais le vent ne souffle pas toujours et le soleil ne brille pas tout le temps. C’est pourquoi les réseaux d’approvisionnement en énergie doivent pouvoir stocker temporairement l’électricité produite de manière durable et qui n’est pas utilisée pour le moment.

Les batteries électriques usagées sont prédestinées à de tels accumulateurs d’énergie stationnaires. Les batteries y sont traitées avec beaucoup plus de ménagement qu’en voiture. Il n’y a par exemple pas de pointes de charge comme lors de l’accélération. Il existe aujourd’hui un certain nombre de telles batteries de seconde vie, y compris en Suisse. Si de nombreux projets manquent encore d’expérience à long terme, il s’avère que la seconde vie d’une batterie pourrait durer une dizaine d’années. De tels accumulateurs tampons constitués de batteries de seconde vie peuvent être utilisés non seulement directement dans les réseaux d’approvisionnement en énergie, mais aussi localement: pour les usines, les maisons individuelles équipées d’installations photovoltaïques ou les bornes de recharge.

Quel est le cycle d’une batterie de voiture électrique?

Après leur première vie dans la voiture électrique et leur seconde vie dans les accumulateurs d’énergie, les batteries lithium-ion ne sont destinées à aucun scénario d’utilisation judicieux à l’heure actuelle. Il reste donc à récupérer les matières premières. Ces batteries contiennent en effet de nombreuses matières premières précieuses. Elles peuvent alors servir de base à la fabrication de nouvelles batteries lithium-ion. L’objectif est d’atteindre des taux de recyclage aussi élevés que possible, ce qui est pertinent d’un point de vue écologique et économique.

Quelles sont les matières premières d’une batterie de voiture électrique?

Chaque batterie de traction lithium-ion renferme des dizaines de kilogrammes de métaux. Les proportions exactes dépendent de la chimie cellulaire utilisée. Elles ont évolué au fil des ans et continueront de se transformer, car le développement des cellules de batterie progresse rapidement. SuisseEnergie indique pour 2020 les valeurs suivantes pour une batterie d’une capacité de 60 kWh:

Lithium: 5 à 7 kg
Cobalt: 5 à 11 kg
Nickel: 28 à 39 kg de nickel
Manganèse: 5 à 16 kg
Graphite: 45 à 53 kg de graphite
Aluminium: 30 à 35 kg
Cuivre: 19 à 20 kg
Acier: 19 à 20 kg

<br/> Et le matériau du boîtier de la batterie n’est pas pris en compte dans ces calculs. Dans d’autres chimies cellulaires, par exemple dans les batteries lithium-fer-phosphate (accumulateurs LFP) qui gagnent en importance, certaines des matières premières citées ne sont pas présentes alors que d’autres viennent s’y ajouter, comme le fer.

Comment extrait-on les matières premières des batteries lithium-ion?

Il faut d’abord démonter les composants des batteries. Il existe différentes approches pour le recyclage des matières premières. Les entreprises et les instituts de recherche travaillent en outre à l’amélioration des procédures. En principe, le recyclage d’une batterie de voiture électrique suit les étapes suivantes:

La décharge de la batterie, pour des raisons de sécurité.
Le démontage de la batterie. Elle se compose d’un boîtier, d’un système électronique, d’un circuit de refroidissement et des cellules de batterie proprement dites, qui peuvent être regroupées en catégories et placées dans des boîtiers.
Les processus mécaniques tels que le broyage, le tamisage ou le tri.
Enfin, les matières premières sont extraites chimiquement ou thermiquement. Dans l’approche chimique, on utilise par exemple des acides. L’approche thermique consiste à brûler la masse résiduelle à des températures élevées et à exploiter les différents points de fusion des composants pour la séparation.

<br/> Le recyclage thermique est particulièrement énergivore, raison pour laquelle les alternatives suscitent un vif intérêt dans l’industrie. Selon le procédé utilisé, on peut aujourd’hui atteindre des taux de recyclage de 30 à 90% .

Les batteries de voiture lithium-ion sont-elles recyclées en Suisse?

Non. En effet, selon l’Office fédéral de l’énergie, le recyclage n’est pas rentable actuellement. Toutefois, plus la quantité augmente, plus les coûts de recyclage baisseraient en raison d’économies d’échelle. Une étude publiée récemment par la société de conseil Strategy& conclut par exemple que le recyclage des batteries devrait être rentable dans l’UE avant 2035 déjà. Il ne s’agit donc pas d’être les premiers mais d’être prêts à temps.

auto-suisse, l’association des importateurs officiels d’automobiles en Suisse, s’y prépare. La première étape a été la création de la Genossenschaft Sestorec. Elle regroupe des membres d’auto-suisse, mais aussi des importateurs et d’autres constructeurs automobiles et doit faire naître une solution de branche pour la Suisse. Dans le monde entier, l’industrie automobile et l’industrie du recyclage collaborent à l’élaboration de concepts pour des circuits aussi fermés que possible pour les batteries de voitures électriques.

De nombreuses start-up ont également vu le jour. Les projets en sont souvent encore à un stade précoce. Actuellement, les entreprises de recyclage transforment principalement des cellules à partir de déchets issus de la production de batteries. Il y a beaucoup moins de batteries à recycler provenant de véhicules accidentés ou dans le cadre de cas de garantie.

Voici les entreprises suisses qui recyclent (ou veulent recycler) les batteries

Batrec, spécialiste des déchets industriels dangereux, recycle depuis longtemps tous les types d’accumulateurs. Jusqu’à présent, les batteries ne proviennent guère du jeune marché des voitures électriques.

Kyburz est surtout connue pour ses véhicules électriques à trois roues pour les services postaux. Pour leurs batteries, l’entreprise a mis en place un processus de recyclage peu gourmand en énergie. Des taux de récupération supérieurs à 90% sont possibles. Toutefois, le procédé ne convient jusqu’à présent qu’aux batteries lithium-fer-phosphate de Kyburz. En collaboration avec l’institut de recherche Empa et d’autres partenaires de projet, l’entreprise souhaite désormais appliquer son procédé aux batteries lithium-ion.

Librec est une start-up qui souhaite se lancer en 2024 dans le recyclage de batteries lithium-ion pour la Suisse et les pays voisins. Avant qu’une batterie ne soit recyclée, l’entreprise vérifie systématiquement son aptitude à une seconde vie.

Quelles sont les évolutions prévisibles en matière de recyclage?

Outre le changement d’échelle de l’activité comme étape décisive, il existe d’autres points de départ pour un recyclage économique. Un démontageplus facile – et surtout automatisable – des batteries constituerait par exemple un avantage concurrentiel de taille.

Une modification de la chimie cellulaire aurait également un effet positif, car elle impliquerait moins de matériaux. Citons par exemple les batteries lithium-fer-phosphate déjà mentionnées, qui ne contiennent pas de cobalt, de nickel ou de manganèse.

Avec les batteries sodium-ion, dont l’aptitude pratique à l’électromobilité fait actuellement l’objet d’essais pratiques, la situation en matière de recyclage pourrait encore s’améliorer considérablement. Reste à savoir si cela sera possible. À l’heure actuelle, les batteries sodium-ion ne sont pas aussi performantes que les batteries lithium-ion.

Quelle est la situation juridique en matière de recyclage des batteries?

L’UE a récemment révisé sa directive sur les batteries. Ainsi, le taux de recyclage prescrit n’est plus de 50%, mais de 90%, puis de 95%. Chaque nouvelle batterie produite doit contenir une part de matières premières recyclées. C’est notamment le cas du cobalt, du nickel et du lithium. La proportion prescrite augmente avec le temps. Par exemple, la part de cobalt recyclé doit être de 6% à partir de 2031 et de 26% à partir de 2036.

De plus, à partir de 2027, il y aura un passeport batterie obligatoire, qui contiendra également des informations sur la composition et le démontage de la batterie. À l’automne dernier, l’Association transports et environnement (ATE) a demandé, dans une réponse à la consultation, que la Suisse adapte son recyclage au règlement de l’UE. La Suisse a besoin de conditions-cadres légales pour qu’une économie circulaire puisse s’établir dans le domaine des batteries.

Dans toutes les activités de recyclage, il est important d’éviter les longs transports. En effet, les batteries sont lourdes et pollueraient ainsi inutilement l’environnement à la fin de leur vie. On s’attend donc à ce que chaque région du monde mette en place ses propres circuits de recyclage.