Combien de temps dure une batterie de voiture électrique ? Que se passe-t-il lors de l’élimination et du recyclage ?

Publié à 2020, le 9 mars

Quelle est la durée de vie d’une batterie de voiture électrique ? Quelle est la durée de vie d’une batterie de voiture électrique ? Que devient une batterie lithium-ion à la fin de son cycle de vie ? Comment se fait son élimination ? Ou est-elle recyclée ?

Les transports ont un impact très important (14% selon le GIEC) sur la quantité totale d’émissions de gaz à effet de serre que les humains rejettent dans l’atmosphère. Les effets négatifs du taux croissant de pollution atmosphérique, en particulier dans les zones urbaines, sont de plus en plus étudiés et discutés. Et il y a un besoin urgent d’atteindre, à l’échelle mondiale, des émissions nettes nulles d’ici 2050 pour maintenir la température mondiale en dessous de 2ºC.

Les véhicules électriques sont une solution très importante aux défis ci-dessus. Depuis que la mobilité électrique s’est avérée être une solution plus verte et plus écologique par rapport aux véhicules thermiques, leur demande est en hausse.

Selon le scénario EV30@30 de l’Agence internationale de l’énergie, les ventes de véhicules électriques (VE) pourraient atteindre 43 millions et un nombre de stock supérieur à 250 millions. Mais n’oublions pas le côté souvent ignoré des véhicules dits à zéro émission : leurs batteries.

L’impact des batteries de voitures électriques : Sont-elles mauvaises pour l’environnement ?

L’une des principales critiques adressées aux voitures électriques et aux véhicules électriques en général concerne leurs batteries. Ces batteries lithium-ion (LIB) ressemblent beaucoup à une version à l’échelle de la batterie d’un smartphone. Seulement, les véhicules électriques n’utilisent pas une seule batterie comme un téléphone. Ils utilisent plutôt un pack composé de milliers de cellules lithium-ion individuelles travaillant ensemble. Que ce soit à petite ou à grande échelle, ces batteries ont des impacts environnementaux et sociaux importants tout au long de leur cycle de vie.

Première chose : l’extraction des minéraux de terres rares pour les batteries des voitures électriques. Ainsi, si l’on considère les deux principaux modes de production primaire,  » il faut 250 tonnes de minerai de spodumène lorsqu’il est extrait, ou 750 tonnes de saumure riche en minéraux pour produire une tonne de lithium « . Juste comme ça.

En fait, selon la même source (Harper et. al. 2019), la demande en eau pour traiter le lithium produit de cette manière est très élevée : une tonne de lithium nécessite 1 900 tonnes d’eau pour être extraite, qui sont consommées par évaporation. Toujours à ce sujet, les agriculteurs chiliens doivent souvent importer de l’eau d’autres régions – car le Chili possède des zones d’exploitation minière intensive actives. Malgré son coût environnemental élevé, les réserves de lithium, du point de vue de la taille, ne constituent pas une menace. Mais les réserves de cobalt peuvent l’être.

Les réserves de cobalt, dont la demande pour la production de batteries pourrait consommer environ 14% des réserves actuelles de cobalt d’ici 2050 sont fortement concentrées en République démocratique du Congo – une région politique souvent instable. Ainsi, si l’un des avantages des véhicules électriques est de réduire la dépendance à l’égard des importations de pétrole étranger, les fluctuations du prix du cobalt peuvent également constituer un défi. De plus, des questions éthiques liées aux mines artisanales employant du travail des enfants peuvent également être soulevées.

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Combien de temps durent les batteries des voitures électriques ? Sont-elles recyclées?

Les impacts ci-dessus permettent d’expliquer pourquoi l’étiquette « zéro émission » est souvent considérée comme injuste et peut être trompeuse. Car même si les véhicules électriques ne dégagent aucune émission sur la route, les batteries qu’ils contiennent ont leur part d’impact. De même, les voitures alimentées par des réseaux électriques fonctionnant principalement avec des combustibles fossiles peuvent ne pas émettre sur la route, mais des émissions ont tout de même eu lieu dans une centrale électrique lointaine.

Nicknames mis à part, on estime que les batteries lithium-ion ont une durée de vie de 15 à 20 ans. Des dizaines de centaines de cycles de charge et de décharge après, que se passe-t-il quand une batterie est trop usée pour rouler ? Qu’adviendra-t-il des 250 000 tonnes de déchets qui résulteront du million de véhicules électriques vendus en 2017 ? C’est ce que se demandent des chercheurs de l’Université de Birmingham, et maintenant aussi le lecteur.

Gaines, chercheur à l’Argonne National Laboratory, suggère que la plupart des batteries sont soit envoyées dans des décharges, soit stockées et entreposées – deux solutions très critiquables. Alors que la première peut contaminer le sol et les eaux souterraines environnantes, la seconde est critiquée car des incendies ont eu lieu dans des sites de stockage de déchets à cause de batteries lithium-ion (envoyées comme des batteries plomb-acide). Cependant, on trouve de nouvelles et intéressantes issues pour les batteries des voitures électriques.

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Le cycle de vie souhaité d’une batterie de voiture électrique

Les chercheurs de l’université de Birmingham affirment que l’impact net de la fabrication des batteries lithium-ion « peut être considérablement réduit si davantage de matériaux peuvent être récupérés des LIB en fin de vie, sous une forme aussi proche que possible de l’utilisable. » Dans la même étude, ils parlent également d’une hiérarchie de gestion des déchets et d’une gamme d’options de recyclage.

Selon ce modèle, les batteries devraient d’abord être conçues de manière à utiliser le moins possible de matériaux critiques. Elles devraient ensuite être réutilisées, ce qui signifie que les batteries des véhicules électriques devraient avoir une deuxième utilisation avant d’être recyclées – où les matériaux devraient être récupérés autant que possible et la valeur structurelle et la qualité d’une batterie devraient être préservées.

Lors de la phase de « récupération » qui suit, certains matériaux de la batterie devraient être utilisés comme énergie pour des processus tels que le carburant pour la pyrométallurgie. La dernière étape consiste à se débarrasser de ce qui n’a pas de valeur et à l’envoyer dans des décharges. Cela signifie que lorsque la batterie d’un véhicule électrique n’est plus capable de stocker de l’énergie qu’à 70-80 % par rapport à ses niveaux initiaux, le recyclage n’est pas l’étape qui doit suivre – la réutilisation vient en premier. Mais où les batteries peuvent-elles être réutilisées ? Et comment ?

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Où les batteries de voitures électriques peuvent-elles être réutilisées avant d’être recyclées ?

Comme le marché des batteries de véhicules électriques usagées pour le stockage d’énergie est en croissance, la demande pourrait bien dépasser l’offre. Cependant, il s’agit d’une croissance lente et, jusqu’à un certain point, incertaine. Et les raisons en sont simultanément simples et complexes.

Réutiliser les batteries afin de les réutiliser pour une autre finalité telle que les stations de recharge ou le stockage d’énergie stationnaire (que ce soit dans les usines, les immeubles résidentiels, les hôpitaux…) est la sortie logique pour une batterie qui laisse derrière elle un véhicule électrique. Seulement, ce n’est pas aussi simple que de faire passer une batterie d’un côté à l’autre.

Avant d’envoyer des batteries pour être réutilisées, les packs, les modules et les cellules doivent être évalués sur des questions telles que la durée pendant laquelle ils peuvent encore tenir une charge et leur état de charge actuel. Si la première est particulièrement importante pour déterminer s’il vaut la peine d’envoyer une batterie pour être réutilisée (et pour quelles applications), l’évaluation de la quantité d’énergie stockée est importante pour des raisons de sécurité (ou même économiques) dans les processus de recyclage. Dans les deux cas (réutilisation ou recyclage), le chemin qui suit est assez difficile.

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Démontage des piles : Un processus manuel, dangereux et coûteux

Quoi qu’il arrive ensuite à une batterie, après avoir évalué ses propriétés de charge, elle doit être démantelée à la main – et c’est là que les choses se compliquent. En raison du poids important d’une batterie et des tensions de traction élevées, des outils d’isolation spécialisés sont nécessaires, ainsi que des mécaniciens qualifiés (dont il semble y avoir une pénurie) pour les faire fonctionner.

En outre, certaines études soulignent le fait que dans les pays où le coût de la main-d’œuvre est élevé, les revenus des matériaux extraits peuvent ne pas être économiquement rentables. En raison de tout cela, les techniques de désassemblage automatisé font partie de la discussion comme une solution possible.

L’automatisation éliminerait le facteur de danger de l’équation et au fur et à mesure de son développement, elle diminuerait son coût. Les robots contribueraient également à améliorer la « séparation mécanique des matériaux et des composants, améliorant la pureté des matériaux séparés et rendant les processus de séparation et de recyclage en aval plus efficaces – selon Harper et. al.

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Le démantèlement des batteries de véhicules électriques est trop complexe pour les robots

Les batteries de véhicules électriques sont difficiles à craquer pour les robots. Cela se produit parce que l’automatisation et la robotique sont basées sur des tâches répétitives et que les batteries électriques apportent des exigences difficiles telles que la diversité de conception.

Il existe différentes conceptions de batteries électriques lithium-ion qui ne permettent pas un processus d’automatisation standardisé. Des algorithmes de vision par ordinateur pour reconnaître et différencier les différentes batteries, composants et matériaux sont en cours de développement pour être utilisés. Cependant, pour que leurs tâches soient (plus facilement) accomplies avec succès, les fabricants doivent imprimer des caractéristiques lisibles par les machines telles que des codes QR ou des étiquettes ou autres sur les éléments clés de la batterie.

De plus, le démontage des batteries signifie, par exemple, dévisser ou traiter les méthodes de collage et les montages qui nécessitent un travail fort des robots avec des composants de batterie sensibles. Cela conduit à des problèmes compliqués de dynamique et de contrôle, comme le contrôle simultané de la force et du mouvement. C’est un travail complexe, mais probablement réalisable à l’avenir.

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Le dernier défi du démantèlement des batteries des véhicules électriques : Le recyclage

Le recyclage, et non les décharges, devrait être le destin ultime de toutes les batteries lithium-ion, même si avant d’arriver à être utilisées à d’autres fins que le stockage de l’énergie des véhicules électriques. Il permet d’éviter la pollution nocive dans les décharges et la possibilité d’explosions dans les batteries entassées. Il peut également apporter des avantages économiques importants grâce à la valeur des minéraux récupérés et éviter les extractions constantes de minéraux – ce qui met moins de pression sur les chaînes d’approvisionnement.

Une fois que les batteries arrivent dans les installations de recyclage, elles sont déchargées et les matériaux qui les composent sont triés. Ainsi, des matériaux comme le nickel, le cobalt, le manganèse ou le cuivre sont triés via des processus de chauffage et de déchiquetage, suivis par d’autres comme le ferromagnétisme ou l’hydrophobie.

Si les batteries restent avec une charge significativement dangereuse, les batteries sont soit déchiquetées dans un gaz inerte comme l’azote ou le dioxyde de carbone, soit elles peuvent être déchargées à travers des solutions salines – les deux sont des moyens d’éviter les réactions chimiques avec différents avantages et inconvénients.

L’avenir des véhicules électriques et des batteries au lithium-ion

Comme nous l’avons vu, il existe de nombreuses limitations créant un écart entre la façon dont les batteries devraient idéalement être traitées et ce qui leur arrive effectivement. Les éloigner des décharges restera crucial pour garantir l’approvisionnement en matériaux critiques tels que le cobalt ou le lithium, mais leur démantèlement reste un travail dangereux et coûteux effectué à la main.

Ces défis peuvent néanmoins être surmontés à mesure que de meilleures technologies de tri se développent, ainsi qu’un désassemblage automatisé et une ségrégation intelligente des différentes batteries vers différents flux (remanufacture, réutilisation ou recyclage). Néanmoins, l’optimisation des conceptions de batteries pour la réutilisation et/ou le recyclage faciliterait également le désassemblage automatisé des batteries.

L’étude de Birmingham estime également qu’il est important de relever le défi de la conception de nouveaux processus de stabilisation qui permettent d’ouvrir et de séparer les batteries en fin de vie, et de développer des techniques ou des processus pour s’assurer que les composants ne sont pas contaminés pendant le recyclage. Très probablement, à mesure que la mobilité électrique se développe, les recherches et les expériences sur la façon de surmonter ces défis et d’autres défis inhérents au maintien des batteries de véhicules électriques dans une boucle circulaire et loin des décharges.