La recherche veut améliorer le recyclage des batteries des voitures électriques

L’électromobilité est en plein essor et sa réussite dépend fortement des batteries. Découvrez comment la recherche et l’industrie s’efforcent d’améliorer leur capacité, leur autonomie, leur recyclage et leur sécurité.

En Suisse, la demande de batteries de véhicules électriques est actuellement en forte hausse. L’année dernière, 34 000 véhicules électriques neufs ont été mis en circulation. Ils représentent actuellement 18 % des nouvelles immatriculations (véhicules exclusivement électriques: 9,9 %). Selon les estimations, la part des véhicules électriques devrait atteindre 40 % d’ici 2025 et 91 % d’ici 2035. Le développement de l‘Électromobilité passe par une adaptation des batteries. Elles sont l’élément clé pour réduire les émissions de CO2.

Batteries de véhicules électriques: points importants
Actuellement, des batteries lithium-ion sont utilisées. Elles ont été développées à partir des modèles utilisés dans les années 1990 dans les appareils électroniques portatifs. Certes, elles ont été améliorées au fil du temps; la densité d’énergie a notamment triplé, mais quelques lacunes persistent.

La fabrication des batteries reste complexe et représente plus de 40 % des émissions de CO² dans la construction automobile. Elles contiennent en outre de précieuses ressources comme le lithium, le cobalt, le nickel, le manganèse, le cuivre, l’aluminium et le graphite, dont l’extraction a toujours un impact sur l’environnement. Dans certains pays, des normes de santé et de sécurité acceptables font défaut, notamment pour l’extraction du cobalt. De plus, une trop grande quantité de matériaux précieux est perdue lors du recyclage des batteries.

Ambiance frénétique dans la recherche
Dans un premier temps, les chercheurs s’emploient à optimiser les caractéristiques des batteries, à accroître leur longévité et à les rendre plus légères, moins chères, plus performantes et plus écologiques, notamment en privilégiant des batteries à haute énergie, pauvres en cobalt et riches en nickel. Le marché est alimenté par les nombreuses subventions allouées à la recherche. «Les recherches menées dans ce pays par des start-up et des grands groupes pourraient déboucher sur des innovations de plusieurs milliards de dollars», concluait récemment le Handelszeitung.

Ainsi, l’Union européenne a lancé l’initiative de recherche Battery 2030 et fondé le groupement industriel European Battery Alliance. L’objectif est clair: faire de l’Europe le leader mondial dans le développement et la production des batteries du futur. Les constructeurs européens ont accumulé un retard important; les cellules de batterie et de nombreux autres composants proviennent en grande partie d’Asie. Les pays européens souhaitent sortir de cette dépendance. En Suisse, ce sont surtout le Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche, les EPF et l’Institut Paul Scherrer qui s’efforcent d’améliorer la durabilité des batteries. Corsin Battaglia, chercheur à l’Empa, parle d’une ambiance digne de la ruée vers l’or. En effet, la fortune est promise à celui qui parviendra à réinventer les batteries des voitures électriques ou du moins à les améliorer. Des recherches sont donc menées dans ce domaine de manière particulièrement intensive.

Les batteries bipolaires soulèvent beaucoup d’espoir. Leurs cellules ne sont plus séparées en petites pièces et alignées, mais empilées sur une large surface. Grâce à ce nouveau concept, l’autonomie devrait atteindre 1000 kilomètres.

D’autres instituts de recherche comme l’Empa misent sur des batteries solides sans liquides toxiques et inflammables. Ce modèle est rechargeable plus rapidement et doit garantir une longue durée de vie et une puissance élevée. Des batteries au magnésium et au soufre sont aussi à l’étude. Les matières premières utilisées seraient moins chères et la technique pourrait en théorie stocker deux fois plus d’énergie que les batteries lithium-ion. De même, les électrodes à couche mince en silicium et lithium pourraient rendre les batteries plus compactes et plus légères. «La recherche bat son plein et les attentes sont immenses», dit Corsin Battaglia.

Une seconde vie pour les batteries
Au bout de 120 000 à 180 000 kilomètres et/ou six à dix années d’utilisation, les batteries n’offrent plus que 70 à 80 % de leur capacité initiale. L’autonomie et les possibilités d’accélération diminuent tandis que le temps de charge s’allonge. Les batteries usées doivent donc être triées. Celles qui sont arrivées en fin de vie et qui sont intactes ont une seconde vie. Leur capacité réduite est suffisante pour motoriser des scooters ou des chariots élévateurs. Elles peuvent aussi servir d’accumulateurs intermédiaires pour la stabilisation du réseau ou pour des installations photovoltaïques dans des maisons individuelles, ou d’accumulateurs dans des stations de recharge rapide.

Chaque gramme de matériau compte
Les batteries défectueuses doivent être éliminées conformément aux spécifications environnementales. En Suisse, la première installation de recyclage spécialisée dans les batteries de voitures verra le jour dans le canton de Soleure. Cette installation sera exploitée par Librec. Elle sera mise en service en 2023 et traitera les déchets produits en Suisse. Librec utilise des technologies de recyclage ultramodernes. La quasi-totalité des matériaux des batteries en fin de vie peut être extraite et réacheminée dans le cycle de production. Le taux de recyclage dépasse largement 90 % alors qu’il n’est que de 70 % avec d’autres procédés. Ainsi, on économise de précieuses ressources et on évite des transports vers les pays voisins. Ces transports sont coûteux et dangereux car les batteries au lithium sont hautement inflammables et doivent être expédiées dans des conteneurs ignifuges.

À partir de 2023, un taux de recyclage de 90 % deviendra la norme
Des installations au fonctionnement écologique telles celles que Librec prévoit de mettre en service à Oensingen ou Biberist sont en projet dans de nombreux pays européens. L’Union européenne a en effet décidé de durcir la législation dans ce domaine. À partir de 2023, un taux de recyclage de 90 % deviendra la norme. De plus, à compter de 2030, toutes les batteries mises sur le marché devront inclure un minimum de matériaux recyclés. Une mesure qui soutient la mise en place d’une économie circulaire et rend l’électromobilité encore plus durable.

Cette article a été publié sur le site internet de SuisseEnergie.