Transition énergétique 

Batteries, surprises et évolutions

Jean-Philippe Pastre

31/05/2019

L'ADEME et le réseau associatif Record se sont associés pour préparer une journée technique sur la question du recyclage des batteries. Celle-ci s'est tenue le mardi 21 mai 2019 à Paris, dans les locaux d'un futur grand consommateur d'accumulateurs : la RATP ! Au programme de cette journée technique : le recyclage, le modèle économique et l'hypothétique deuxième vie des batteries de traction.

La journée d'échanges co-organisée entre l'ADEME et le réseau coopératif associatif Record intitulée « Batteries : comment les recycler ou leur donner une seconde vie », a le mérite d'évoquer de façon globale toutes les questions autour du sujet. En partant des interventions des seize conférenciers, nous allons tenter de cerner, à travers six questions qui se posent, les enjeux qui se posent pour le monde du transport de voyageurs. Attendez-vous à de grandes surprises !

 

1-   Sait-on recycler les batteries ?

 

Premier enseignement, et surprise majeure : tous les acteurs confirment savoir maîtriser le recyclage des batteries lithium-ion, et cela quel que soit le couple électro-chimique. Manon Carré, de la société Alterinnov, et Frédéric Sanchez du cabinet Recy'Stem Pro, l'affirment : « les procédés sont efficaces et fonctionnent ».

 

Toutefois, le passage à un recyclage industriel des batteries reste encore à faire, faute d'approvisionnement, même si, selon Eric Nottez de la SNAM, les volumes reçus en retraitement ont crû de 40% en un an (du fait des utilisations domestiques et portables).

 

La toxicité du plomb, tout comme celui des batteries nickel-cadmium (toujours utilisées dans le ferroviaire et l'aéronautique comme accumulateurs de secours) a imposé le recyclage.

 

Depuis 2014, la France publie des données de mises sur le marché comparées aux données collectées via le registre Syderem hébergé par l'ADEME. Pour l'année 2017, le rendement du recyclage en France a été, pour les batteries Nickel-Cadmium (Ni-Cd), de 79% (valeur minimale requise par la Directive 2006/66/CE : 75%).

 

La France surperforme bien ces objectifs pour les batteries plomb-acide (85% collectés pour un objectif de 65%). Les « autres piles et accumulateurs », dont font parties les batteries lithium-ion, sont collectées à hauteur de 75% (pour un objectif de 50%).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dans ce « divers » figurent les batteries lithium-ion pour les véhicules électriques. En détail, il y eut en 2017 exactement 63 134 t de « piles et accumulateurs industriels » mises sur le marché, pour une collecte de 11 013 t. Ce décalage s'explique par l'émergence et la jeunesse de ces véhicules, qui fait que peu d'entre-eux entrent aujourd'hui en fin de vie.

 

Ce qui pose quelques problèmes à Denis Foy, d'Eurodieuze Industrie, et Eric Nottez de la SNAM. S'ils ont tous deux confirmé avoir le savoir-faire technique pour traiter ces batteries, ils n'ont pas encore les volumes pour faire fonctionner à échelle industrielle des unités de recyclage pour batteries lithium-ion. Se pose également un autre problème, relevé par Frédéric Sanchez, du cabinet Recy'Stem Pro : toutes les batteries lithium-ion ne sont pas équivalentes face au recyclage…

 

 

2-   Qui paye le recyclage ?

 

Voilà une question sensible. Les textes réglementaires européens peuvent se superposer et créer des ambiguïtés. Pour les véhicules (inclus les véhicules industriels), il y a la directive 2000/53/CE, dite « véhicules hors d'usage » (VHU), qui fixe les objectifs suivants depuis le 1er janvier 2015 :

 

  •  Un taux minimum de réutilisation et recyclage de 85% de la masse du VHU.

  • Un taux minimum de réutilisation et valorisation de 95% de la masse du VHU.

  • La France a transposé la directive 2000/53/CE en 2011 (décret N°2011-153 du 04/02/2011). Le traitement des VHU se décompose en 2 étapes prises en charge successivement par deux types d’acteurs : un centre agréé VHU qui exploite le gisement des pièces de rechange et retire administrativement et physiquement le véhicule du parc circulant ; un broyeur VHU qui récupère les matériaux dans une perspective de recyclage des matières ou mise en déchet ultime.
     

Pour les batteries, il y a la directive 2006/66/CE, transposée en droit français via le décret n°2009/1139 qui définit la responsabilité étendue du producteur. Ici on parle bien du « metteur sur le marché », et non de l'équipementier qui a fourni la batterie ! Les batteries de véhicules électriques, quels qu'ils soient, sont considérées comme des accumulateurs industriels.

 

 

C'est donc au constructeur « metteur sur le marché » de payer les frais inhérents à la collecte et au recyclage des batteries de traction usagées. Or, selon Pierrick Drapeau, de l'Alliance des Minerais, minéraux et métaux (A3M) membre du Comité stratégique filière mines et métallurgie : « les coûts sont très importants sur le recyclage des batteries lithium-ion » .

 

Que se passera-t-il lorsque le constructeur, plus ou moins exotique, aura disparu ? Le cas s'est déjà présenté dans l'automobile (Mia, Brandt Motors, Think, etc.) et pourrait survenir dans le domaine de l'autobus ou de l'autocar. Quel mécanisme de solidarité interprofessionnelle prendra en charge ce coût ? Quel transfert de responsabilité s'effectue dans le cas d'une réutilisation comme batteries stationnaires ?  Personne dans la salle n'a pu répondre à cette (épineuse) question.

 

Or celle-ci préoccupe réellement des acteurs du démantèlement de véhicules comme Indra ou Re-Source Engeenering (voir sur ce point Mobilités Magazine n°3 et n°16). 

3-   Les batteries lithium-Ion sont-elles techniquement égales face au recyclage ?

 

Sous le vocable lithium-ion, on désigne une famille de batteries qui ont différents couples électro-chimiques. Frédéric Sanchez, de Recy'Stem Pro, le rappelle : il y a au moins sept technologies différentes de batteries lithium-ion (NMC, NCA, LMO, LCO, LFP plus LI-Po - dites à poches souples - et les fameuses batteries LMP industrialisées par le groupe Bolloré).

 

Manon Carré, de la société Alterinnov, rappelle que les batteries lithium-ion présentent un risque de départ de feu en cas d'atteinte à l'intégrité physique du coffrage avec écoulement et/ou échauffement de l'électrolyte. Cela impose des précautions supplémentaires lors du recyclage.

 

Eric Nottez, de la SNAM, estime que le recyclage en sécurité des batteries LMP exige une salle de travail... sous vide ! Pour ces batteries, toujours selon la SNAM, le travail sous gaz neutre (type azote) n'est pas suffisant pour garantir la sécurité des manipulations lors du démantèlement de ces batteries.

 

Barbara Milin, directrice de la communication de BlueSolutions, interrogée postérieurement sur ce sujet, se veut infiniment plus rassurante : « Notre batterie est solide, sans cobalt, et sans nickel, ce qui permet :(…) des coûts de recyclage inférieurs au Li-Ion selon les procédés existants (pyrométallurgie et hydrométallurgie ,procédés communs au Li-Ion standard). Nous avons des perspectives de taux de récupération exceptionnels dans le futur. C’est un des axes de recherche importants pour BlueSolutions, avec aujourd’hui des brevets déposés et une ligne pilote en cours d’installation. En phase 1, le lithium métal sera réutilisé pour la fabrication de nouvelles batteries ; en phase 2, la récupération sera étendue aux sels de lithium et au phosphate de fer. »

 

 

4-   Les batteries lithium-ion sont-elles économiquement égales face au recyclage ?

 

Selon l'étude de l'association Record, le modèle économique est viable et existant pour les batteries lithium-ion à forte teneur en cobalt. Pierrick Drapeau, de l'Alliance des Minerais, minéraux et métaux (A3M) membre du Comité stratégique filière mines et métallurgie, estime que « la question des matières premières devient absolument critique (…) le recyclage a des enjeux non seulement environnementaux mais aussi de souveraineté (…) Le problème vient également de la variabilité des coûts des matières premières : le cobalt valait 90 000$/tonne en 2018 mais au cours du premier trimestre 2019 il était de 30 000$/t ».

 

C'est lui qui pèse le plus dans le prix des batteries lithium-ion actuelles. Cela conditionne indirectement le choix d'investissement pour les recycleurs : faut-il une approche  environnementale, avec un coût de traitement plus faible mais aussi un potentiel de réemploi limité (filière de la pyrométallurgie), ou une approche stratégique avec un taux de pureté de la matière recyclée permettant le réemploi dans des alliages nobles requis pour l'industrie aéronautique ?

 

Dans ce cas il faut travailler en hydrométallurgie, ce qui est beaucoup plus coûteux. La capacité installée des recycleurs établis en France est d'environ 5000t/an, mais elle est aujourd'hui inexploitée faute de volumes à traiter. En outre, seul 50 à 60% de la masse des cellules est recyclable : les coffrages, l'électrolyte, l'électronique de pilotage des BMS(1) ne sont pas valorisables.

 

« Aujourd'hui, les masses et valeurs ne sont pas là » résume Pierrick Drapeau. Il estime que 10% des besoins de cobalt pourraient être couverts via le recyclage. « L'alternative est de faire des sels (type sulfates de cobalt) pour réutilisation dans les batteries », ajoute-t-il.

 

Sa conclusion n'est guère plus rassurante « On ne sait pas encore ce qui va sortir des filières de recyclage en terme de débouchés et applications d'ici 10 ans ». Loin d'aider à y voir clair, le discours sur la réutilisation des batteries de traction en mode stationnaire (les fameux « smart-grid ») ajoute des difficultés d'anticipation pour la filière recyclage.

 

5-   Quelle criticité ?

 

Il y eut récemment une étude conjointe IFP-Energies nouvelles avec l'IRIS consacrée aux enjeux géostratégiques de la transition énergétique. 

La mobilité électrique y tenait une place de choix. Gaétan Lefebvre, du Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM), et Emmanuel Hache, économiste de l'IFP-energies nouvelles, ont confirmé lors de cette journée technique du 21 mai 2019 que la criticité est sur toute la chaine de valeur.

 

Ils insistent sur le fait pour le lithium d'avoir une criticité non pas dans la géologie mais dans le processus de transformation. Notamment parce qu'il faut beaucoup d'eau pour son extraction et traitement. En outre 5 producteurs contrôlent 90% du marché ! Cobalt, graphite, manganèse et nickel posent d'autres problèmes : il y a concurrence d'application entre les batteries et les super-alliages métallurgiques.

 

En outre, le cobalt est difficilement substituable, car c'est lui qui conditionne la stabilité électro-chimique des batteries lithium-ion. En prime, 80% du cobalt vient de la République démocratique du Congo, et 100% du graphite sphérique est produit en Chine, ce qui interroge en termes environnementaux, politiques, humanitaires et stratégiques.

 

 

Frédéric Sanchez, de Recy'Stem Pro, résume la situation :  « les métaux recyclés sont moins impactants pour l'environnement que les métaux de première extraction » ! Le secteur minier a représenté 16% de la consommation électrique mondiale en 2018, contre 10% en 2000.

 

Le seul moyen de réduire cette dépendance serait, selon Emmanuel Hache, de passer au concept de mobilité durable, donc de réduire la demande de mobilité globale, de qui se traduirait par une baisse drastique du nombre de passagers/km.

 

Un tel scénario réduirait à la fois la dépendance aux énergies fossiles, mais aussi la demande de toutes les matières premières nécessaires à la mobilité électrique. Le vrai sujet étant la pénurie de cuivre, Emmanuel Hache a ici une formule saisissante : « gros métaux, gros problèmes ». En effet, 96% des ressources prouvées de cuivre seront monopolisées par la mobilité électrique. Est-ce encore du développement durable ? La collecte et le recyclage du cuivre deviennent un enjeu planétaire. Il conclut « les politiques publiques ont encore un sens en terme de recyclage et de mobilité. Les deux sont indissociables ».

 

https://www.mobilitesmagazine.com/transition-energetique

 

 

6-   Que peut-on attendre de la réutilisation stationnaire et de l'éco-conception ?

 

Grands arguments des défenseurs des batteries lithium-ion appliquées aux transport, la réutilisation fixe et l'éco-conception ont laissé sceptique plusieurs intervenants.

 

Si Stéphane Morel, du département stratégie, efficience écologique des matériaux chez Renault S.A, se veut volontariste et optimiste sur le potentiel de réutilisation stationnaire, dont les bénéfices sont réels sur le seul critère des gaz à effet de serre, cela laisse froid les recycleurs présents, car cela nuit aux anticipations d'investissement dans leur filière.

 

Denis Foy, d'Eurodieuze Industrie, rappelle que les premières recherches sur le recyclage des batteries lithium-ion remontent à 2010, et que pour savoir traiter 2000t/an de ces batteries, il faut 8 ans de travail (recherche, développement, procédures administratives puis industrialisation).

 

Denis Foy insiste : « il est crucial d'associer les metteurs sur le marché et les recycleurs. L'hydrométallurgie peut être compétitive si et seulement si il y a une éco-conception du pack batterie au départ en vue du recyclage ultérieur, et qu'il y a une bonne gestion du calendrier de montée en charge de l'usine de recyclage ».

 

Patrick de Metz, directeur des affaires environnementales de SAFT, a conclu la journée technique en douchant certains espoirs. Selon lui, «  on ne conçoit pas des batteries pour le recyclage, on les fait pour qu'elles répondent aux exigences de performances et service aux clients », non sans une pointe d'arrogance. Et d'enfoncer le clou : « le cœur électro-chimique se complexifie, avec l'apparition de silicium à l'anode de titane en cathode ».

 

SAFT s'attend à doubler la densité énergétique des batteries lithium-ion à moyen terme. Une durée de vie de 20 ans serait possible à 100€/kWh installé. Bref, pour SAFT,  l'accroissement des performances offre plus de bénéfices environnementaux que l'éco-conception des batteries. Tant pis pour les acteurs du démantèlement des véhicules et du recyclage...

 

(1)Battery Management System, système de pilotage de la batterie.

 

 

ADEME ou le Janus de la vulgarisation

 

L'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME), rattachée aux tutelles du ministère de la Transition écologique et solidaire et du Ministère de l'Enseignement supérieur, de la recherche et de l'innovation, a comme missions le financement et l'expertise autour des sujets liés à l'environnement, l'énergie et le développement durable.

 

Elle communique auprès du grand public, des collectivités et des pouvoirs publics. C'est ce volet de communication qui interroge. En effet, l'ADEME a, lors de la période du Grand débat national, été prolixe en « éléments de langage », notamment vis-à-vis des médias et journalistes qui furent abondamment nourris de dessins simplistes et de discours convenus.

 

Paradoxalement, des journées techniques extrêmement riches en enseignements, comme celle co-organisée avec l'association Record, ont fait l'objet d'une communication à minima. Y aurait-il des questions taboues en terme de médiatisation ?

 

On ne peut que le regretter, à l'image de Denis Foy (Eurodieuze Industrie) et Eric Nottez (SNAM) qui ont regretté la mauvaise image, voire les fausses informations, circulant à propos de leurs activités de recycleurs.

 

Ressources documentaires :

ADEME

https://www.ademe.fr/evaluation-filiere-piles-accumulateurs

 

IRIS-France

https://www.iris-france.org/wp-content/uploads/2019/01/Policy-PAPER-GENERATE-janvier-2019.pdf

 

RECORD

https://jt-batteries.record-net.org/#programme

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