Un concept global
L’industrie de la batterie pour véhicules électriques ambitionne d’appliquer les principes de l’économie circulaire pour réduire son empreinte environnementale. À l’opposé de l’économie linéaire, l’économie circulaire vise à optimiser l’utilisation des ressources de façon à renforcer la durabilité d’un produit sur son cycle de vie. Ce concept amène donc à appréhender le cycle de vie du produit comme une ressource à part entière.
L’économie circulaire mobilise 7 piliers d’action ainsi définis par l’Agence de la transition écologique (ADEME) :
- L’approvisionnement durable (réduction des impacts environnementaux liés aux ressources utilisées).
- L’éco-conception (prise en compte, dès sa conception, des impacts environnementaux d’un produit sur tout son cycle de vie).
- L’écologie industrielle et territoriale (mutualisation des flux, infrastructures et services entre acteurs économiques d’un même territoire).
- L’économie de la fonctionnalité (primauté de l’usage d’un produit sur son achat et sa possession).
- La consommation responsable (prise en compte des impacts environnementaux et sociaux dans les choix d’achat, et consommation collaborative).
- L’allongement de la durée d’usage (réemploi, réparation, réutilisation d’un produit).
- Le recyclage (collecte, tri, traitement, transformation d’un produit).
Un modèle soutenu au plan institutionnel
En France, l’économie circulaire constitue l’un des socles de la transition énergétique et écologique. Ainsi, la loi anti-gaspillage pour une économie circulaire entend valoriser un nouveau modèle de production et de consommation fondé sur la lutte contre l’obsolescence programmée, contre le gaspillage et pour le réemploi solidaire, sur le bannissement du plastique jetable et sur une meilleure information du consommateur. C’est aussi l’un des objectifs du Pacte vert pour l’Europe (Green Deal) adopté par l’Union européenne. Celui-ci comprend un plan d’action pour l’économie circulaire qui consiste notamment à financer la recherche et l’innovation dans le domaine de l’économie circulaire, ainsi que des projets de recyclage et des programmes visant à aider les entreprises à adopter des pratiques plus durables.
La voiture électrique en première ligne
Cette nouvelle approche économique et environnementale doit permettre à l’industrie des batteries pour voitures électriques d’atténuer les impacts environnementaux associés à leur fabrication. Le concept d’économie circulaire y sera appliqué de différentes façons. Il s’agit d’abord de concevoir des batteries privilégiant des matériaux durables et recyclables, et de promouvoir des solutions facilitant leur démontage. L’enjeu est aussi de privilégier la réparation d’une batterie dysfonctionnelle plutôt que de la remplacer. Enfin, il est prévu de systématiser la collecte des batteries en fin de vie afin de les réemployer dans d’autres applications moins exigeantes, ou d’en extraire les composants pouvant être réutilisés.
Le principe de responsabilité élargie des producteurs (REP) adopté par la Commission européenne et transposé dans le code de l’environnement français, oblige les fabricants à gérer la fin de vie des batteries, ce qui les incite à concevoir des produits plus durables et à investir dans des solutions de recyclage efficaces. Par ailleurs, la directive européenne relative aux véhicules hors d’usage (VHU) impose de concevoir des véhicules plus faciles à valoriser, de réduire l’utilisation de substances dangereuses, et d’atteindre un taux minimum de réutilisation et de recyclage de 85 % en masse de VHU.
LES MATÉRIAUX UTILISÉS DANS LES BATTERIES, DE L’EMPLOI AU RÉEMPLOI
(Les matériaux récupérés et réutilisés dans la fabrication des batteries pour voitures électriques)
Face aux problèmes environnementaux, sociaux, sanitaires, posés par l’extraction des matériaux utilisés dans les batteries électriques, les industriels cherchent à privilégier des approvisionnements responsables et des technologies plus durables. Dans cette optique, la collecte des batteries usagées afin de récupérer les métaux qu’elles contiennent (aluminium, cadmium, cobalt, cuivre, lithium, nickel, plomb) apparaît comme le meilleur moyen de répondre aux besoins de plus en plus importants en matériaux, tout en limitant l’empreinte environnementale liée à l’extraction minière.
L’action des industriels est encouragée par un certain nombre de dispositions règlementaires. Ainsi, l’Union européenne a fixé des objectifs à atteindre en termes de collecte des déchets de batteries portables (63% fin 2027 / 73 % fin 2030) et de valorisation du lithium (50 % fin 2027 / 80 % fin 2031), du cobalt, du cuivre et du nickel (90 % fin 2027 / 95 % fin 2031) issus de ces déchets de batteries. Elle a également posé des objectifs d’inclusion de matières premières recyclées dans les batteries neuves (16 % pour le cobalt, 6 % pour le nickel et le lithium fin 2031 / 26 % pour le cobalt, 15 % le nickel, 12 % pour le lithium fin 2036).
LES MILLE ET UNE VIES D’UNE BATTERIE
(Quelle vie pour la batterie en fin de vie ? Les différentes vies de la batterie pour voitures électriques)
Quand la capacité d’une batterie est inférieure à 70 %, après 8 à 10 ans d’utilisation en moyenne, elle doit être remplacée. Selon une directive européenne en 2011, les constructeurs automobiles ont alors l’obligation de lui donner une seconde vie. Si la batterie est trop endommagée, elle est dirigée vers une filière de recyclage où elle est démantelée. Les matériaux qui la composent (lithium, cobalt, manganèse, nickel etc.) sont triés et séparés pour être ensuite réutilisés dans de nouvelles batteries. Si la batterie, bien que moins performante, dispose d’une capacité supérieure à 60 % et qu’elle fonctionne correctement, elle peut faire l’objet d’un réemploi. Selon les cas, elle peut être reconditionnée afin d’équiper un nouveau véhicule, ou démontée et modifiée pour être installée sur un véhicule léger (voiture sans permis ou deux roues électrique), ou encore être utilisée dans d’autres applications comme les systèmes de stockage d’énergie associés aux installations solaires.
LE CYCLE DE VIE D’UNE BATTERIE
(Bilan du cycle de vie de la batterie)
La batterie pour véhicule électrique suit un cycle de vie dont les industriels cherchent à minimiser l’impact environnemental à chaque étape.
- Une batterie contient desmatériaux tels que le lithium, le cobalt, le manganèse et le nickel. Ces matériaux sont extraits du sous-sol, puis acheminés depuis les pays souvent éloignés où ils sont produits. Les progrès technologiques et la législation vont amener à utiliser une proportion croissante de matériaux recyclés issus de batteries en fin de vie, favorisant un meilleur bilan écologique.
- Ces matériaux sont transformés en composants actifs qui sont ensuite assemblés en cellules dont la fonction est de stocker l’énergie. Le nombre de cellules détermine la puissance de la batterie et son autonomie.
- Les cellules sont regroupées en modules qui, une fois assemblés, forment la batterie. Celle-ci, après avoir été testée pour s’assurer de sa conformité avec les normes de performance et de sécurité, est intégrée dans le véhicule.
- Le véhicule électrique fait l’objet durant sa vie d’opérations de maintenance qui permettent de garantir son fonctionnement optimal. Une batterie peut supporter1 000 à 1 500 cycles de charges sans perdre ses qualités. Une batterie bien entretenue aura une durée de vie plus longue, et donc un moindre impact environnemental.
- La batteriedoit être remplacée quand sa capacité est inférieure à 70 %, soit après 8 à 10 ans d’utilisation. Une fois retirée du véhicule, elle fait l’objet d’une seconde vie en étant soit reconditionnée puis installée dans un nouveau véhicule, soit modifiée pour équiper un véhicule plus léger, soit encore être utilisée pour stocker de l’énergie solaire, par exemple.
- Si la batterie n’est plus en état de fonctionner, elle part vers une filière de recyclage où elle est démantelée, et ses matériaux récupérés et traités afin de pouvoir être réutilisés dans de nouvelles batteries. Il est possible aujourd’hui de recycler 70 % à 90 % des composants d’une batterie.
LA RECHERCHE AVANCE, LES INNOVATIONS SE MULTIPLIENT
(Recherches en cours et innovations à venir)
Si les batteries actuelles sont performantes, elles atteignent certaines limites en termes d’autonomie, et l’impact environnemental lié à leur production reste élevé. La recherche s’intéresse à des solutions permettant de progresser sur ces deux points notamment.
L’industriel chinois CATL s’apprête ainsi à commercialiser une batterie offrant une autonomie de 1 000 km et rechargeable en 10 minutes. Si leur technologie n’est pas encore mature, les batteries solides et semi-solides s’annoncent elles aussi très prometteuses. Elles permettront en effet de stocker davantage d’énergie et garantiront une sécurité accrue, tout en étant plus compactes. Utilisant par ailleurs moins de composants et ayant une durée de vie supérieure, elles présenteront un meilleur bilan environnemental.
D’autres technologies plus durables et économiques sont à l’étude, comme la batterie lithium-soufre, la batterie lithium-air, la batterie sodium-ion, la batterie au graphène ou encore la batterie au silicium. Certains chercheurs se penchent également sur des batteries à double chimie, combinant deux technologies (par exemple lithium-ion et lithium-soufre) afin de tirer parti des avantages de chacune pour créer une batterie plus performante et plus stable.
La technologie solaire fait partie des autres domaines en cours de développement. Deux pistes sont explorées : d’une part la « voiture solaire » dotée de panneaux photovoltaïques convertissant l’énergie du soleil en électricité, d’autre part la « route solaire » équipée de dalles photovoltaïques permettant de recharger sa voiture en roulant. Face à l’enjeu clé de la recharge des véhicules, d’autres solutions sont à l’étude. L’une d’elles utilise le principe de l’induction électromagnétique pour recharger la batterie sans câble, en alignant une bobine de réception installée sous le véhicule et une bobine de transmission installée au sol. Pour finir, la technologie du V2G (Vehicle-to-Grid) permet à un véhicule connecté à une station de charge de renvoyer au réseau électrique tout ou partie de l’énergie qu’il stocke, lors des pics de demande notamment. Le véhicule devient alors une source d’énergie bidirectionnelle au lieu de n’être qu’un consommateur d’électricité.
Si ces différentes solutions sont encore en phase d’expérimentation, et que certains défis restent à relever pour leur permettre d’être viables, elles témoignent du dynamisme de la recherche en vue d’améliorer les performances et la durabilité de l’électromobilité.
