Dominant le secteur de la téléphonie mobile et l’informatique, la technologie des batteries à base de lithium écrase désormais le marché mondial de la mobilité électrique. Leur performance ne doit pas pour autant faire oublier les obstacles économiques et environnementaux liés à la fin de vie. Si la filière de recyclage des batteries automobiles au plomb est rentable depuis des décennies, ce n’est pas le cas des batteries de véhicules électriques. Pour faire face à leur gestion en fin de vie, la France dispose de technologies avancées pour recycler au mieux ces produits. Principaux enjeux : créer plus de valeur et sécuriser les ressources en Europe. Le 21 mai dernier à Paris, l’association Record et l’Ademe ont dressé un état des lieux et mis en perspective les enjeux pour cette filière.

Le marché des batteries est en évolution rapide, avec la croissance des véhicules électriques et des nouveaux équipements de mobilité électrique. Les batteries lithium correspondent à la technologie de stockage principalement utilisée dans les véhicules hybrides et électriques. Depuis 1991, année des premières versions commerciales, les batteries lithium ont beaucoup évolué : elles contiennent désormais deux fois plus d’énergie à poids égal et coûtent dix fois moins cher. Par ailleurs les batteries Lithium-ion, par comparaison avec les autres technologies de stockage (Plomb, NiMH, NiCd), offrent les meilleures propriétés pour des applications dédiées, selon l’Ademe dans son dernier rapport sur les piles et accumulateurs (données 2017). Elles stockent mieux l’énergie c’est-à-dire que leur poids est très faible par rapport à la densité d’énergie apportée et se rechargent facilement. Ces avantages expliquent que cette technologie est de plus en plus utilisée, sans être exclusive, pour la portabilité des instruments de type smartphone, ordinateur portable, tablettes, mais également les batteries de véhicules électriques. Les tonnages des accumulateurs lithium continuent de progresser (+ 13 %), notamment du fait de la poursuite de l’essor des véhicules électriques (VE) et du marché des vélos à assistance électrique (VAE). Même si les VE restent minoritaires dans le parc roulant français (environ 39 millions de véhicules), les immatriculations de voitures particulières électriques s’élèvent à 30 921 unités fin 2017, contre 21 751 unités en 2016 et représentent 1,2 % des ventes de véhicules particuliers neufs en France.

En quête de rentabilité

Cette évolution soulève bien sûr des interrogations sur l’organisation de la filière en matière de gisements, de technologies et de capacité de recyclage. Ce marché encore émergent doit générer de la valeur aux différentes étapes de la chaîne dans un contexte de forte pression des coûts, selon une enquête menée par l’organisation A3M (Alliance Minerais, Minéraux, Métaux). Les modèles d’affaires du recyclage dépendent principalement des coûts de traitement et des quantités de matières à forte valeur contenues dans les batteries. Par exemple, si les premières générations de batteries lithium-ion contenaient plus de cobalt, elles étaient de facto plus intéressantes à recycler d’un point de vue économique. Aujourd’hui, la teneur en cobalt diminue peu à peu pour des questions d’approvisionnements et d’éthique (le principal pays fournisseur de ce métal étant la RDC).  Résultat : même si le cobalt est soumis à de très fortes variations de prix, la batterie sans cobalt revient plus chère à valoriser. Afin de pérenniser les modèles d’affaires, l’ensemble des acteurs de la chaîne de valeur devront donc partager la valeur créée mais aussi les risques associés à la variation des cours des métaux.

Par ailleurs, la vulnérabilité des approvisionnements en lithium (stratégie chinoise et marché oligopolistique) dans cette filière peut inciter à mieux sécuriser ces métaux et donc investir dans des capacités de recyclage des batteries au lithium. En dix ans, le BRGM souligne que la demande en lithium a plus que doublé. En 2008, 20 % étaient destinés aux batteries contre 58 % en 2018. Le demande européenne en 2025 sera équivalente à la production de 2013. Selon une étude Record*, sur le recyclage et le réemploi des batteries, réalisée et présentée par Recy’stem Pro, la réglementation est déterminante pour le secteur. En effet, à ce jour, les batteries lithium en fin de vie ne sont pas considérées comme des déchets dangereux, contrairement aux autre familles de piles et batteries. Cela signifie que les procédures d’exportation sont plus simples et plus souples. En vue de protéger les ressources et ces métaux stratégie pour l’industrie de la mobilité électriques, il serait sans doute pertinent qu’au niveau européen, cette catégorie de batterie soit classée en déchet dangereux. « Nous avons à faire à une diversité de batteries à base de lithium qui répondent à des besoins industriels spécifiques (LCO, LFP, Li-Po, LMP, etc.). Dans ce contexte, il est logique de penser que les impacts économiques sur le recyclage ne sont pas négligeables » explique Frédéric Sanchez.

Performance et recyclabilité

Quid d’une meilleure prise en considération de la fin de vie et du traitement de ces batteries ? « Pour les fabricants, il n’y a aucune ambiguïté concernant l’emploi de certains composants et alliages métalliques, bien que difficiles à recycler. Les batteries sont conçues pour leur performance et rien que cela. Néanmoins, les choses pourraient évoluer sur le démantèlement global de la batterie » souligne Patrick de Metz chez Saft. Les partenariats entre recycleurs et fabricants ou assembleurs servent à cela notamment.

L’amélioration de la gestion en fin de vie, permet non seulement d’optimiser la récupération des composants stratégiques mais aussi gagner du temps et donc de l’argent. Aujourd’hui, la filière des batteries automobiles électriques ne relève d’aucun éco-organisme en France. Ce sont les constructeurs et metteurs en marché qui financent à titre individuel, les opérations de seconde vie et de recyclage de ces batteries. Par conséquent, faciliter la manutention des batteries par des fixations extérieures, changer les systèmes d’assemblage pour mieux séparer les éléments font partie des pistes de réflexion envisagées. Si en Europe, la directive batteries prépare des modifications en vue d’intégrer les batteries VE, il n’en est pas de même dans d’autres régions du monde. Ainsi en Chine, en l’absence de réglementation spécifique, la situation évolue rapidement. Premier producteur et consommateur mondial de batteries pour véhicules électriques, les autorités chinoises demandent aux constructeurs de structurer une filière de recyclage et les incitent au marquage des batteries pour connaître leurs composants. D’où l’importance de renforcer le recyclage en Europe pas seulement pour des raisons environnementales mais aussi pour des questions de ressources. L’idée in fine serait de boucler la boucle en favorisant la réintégration de composants métalliques issus de batteries lithium dans de nouvelles batteries lithium. Mais pour cela, il faut les procédés et les investissements.

Capacités à renforcer

En 2018, seulement 7 % des batteries lithium-ion auraient été recyclées dans le monde. Le marché européen semble mettre toutes les chances de son côté avec des capacités actuelles de traitement de cellules de batteries qui atteignent déjà 15 000 t/an dont 5000 t/an en France. Cependant, on est loin des prévisions établies par une enquête de A3M dans le cadre du Comité stratégique de filière Mines et Métallurgie qui fixe la barre à 50 000 t/an de batteries de véhicules électriques à recycler à partir de 2027, dont 30 000 t/an de cellules. En parallèle, les acteurs de ce marché constatent un très probable prolongement de la durée de vie des batteries, qui pourrait passer de 7-8 ans en moyenne à plus de 15 ans, selon la Snam, l’un des recycleurs français, qui a travaillé sur le sujet. Autant de temps gagné pour favoriser les investissements et l’extension des capacités. Côté procédés, sans grande surprise, ils existent déjà et fonctionnent. En Europe, il y aurait quatre principaux acteurs capables d’absorber les gisements futurs. En France, deux entreprises se partagent le marché des piles, accumulateurs et batteries de la mobilité électrique : Snam et Euro Dieuze, filiale de Sarpi (Veolia).

Pour Eric Nottez, président de la Snam, les capacités et les procédés sont là mais les investissements doivent augmenter pour faire face à une croissance annuelle de 45 % de batteries lithium-ion collectées. En tenant compte de la durée de vie rallongée de ces batteries et surtout des possibilités de réparation en vue d’une seconde vie pour le stockage par exemple, la Snam compte beaucoup sur la coopération avec les metteurs en marché. Avec certains résultats à la clef : « nous avons réussi à gommer le coût de recyclage résiduel, qui nous permet d’être rentable sur le produit obtenu après traitement. Contrairement à ce qu’on pensait à l’origine, le recyclage des véhicules électrifiés coûte beaucoup d’argent. Sans taille critique, une entreprise ne pourra pas faire face aux besoins d’un constructeur. »

Multi-procédés nécessaires

L’entreprise a fait le choix d’associer plusieurs procédés de tri et de traitement mécanique, pyro- et hydro-métallurgique pour garantir une plus grande valeur aux composants recyclés. La Snam s’approvisionne en matières secondaires en France et en Europe. Les matières issues du recyclage sont exportées à 95 %. L’hydrométallurgie a le mérite d’être moins polluant que la pyrométallurgie, l’autre technologie existante, et moins coûteux. Il permet via la lixiviation, la flottation et des dispositifs de purification, de concentrer plus de composants métalliques. Toutefois, il nécessite la maîtrise du mixte entrant : « nous sommes capables aujourd’hui de recycler toutes les chimies sauf le plomb qui dispose d’une filière spécifique, tout en étant pointus sur la pureté du produit sortant et sur les diagnostics d’évaluation ». Le soutien financier d’industriels mais aussi d’institutions publiques comme l’Ademe a permis à la Snam d’engager des travaux à perspective de long terme, que des banques ou des partenaires privés n’auraient jamais soutenu, affirme Eric Nottez. Ainsi, les expérimentations sur la seconde vie des batteries ont commencé il y a six ans. Aujourd’hui, la Snam peut ainsi proposer ses batteries Phénix certifiées par l’Ineris et permettant un stockage de masse pour un prix compétitif. Il s’agit ni plus ni moins de batteries de puissance neuve, issues du recyclage.

Chez Euro Dieuze, l’activité jusqu’à présent se concentrait sur le traitement des piles et batteries de portables avec une capacité de traitement de 6000 t/an. Pourtant, depuis trois ans avec le soutien de l’Ademe, l’entreprise prévoit de nouvelles capacités de l’ordre de 2000 t/an pour séparer et traiter les batteries de véhicules électriques. « Notre approche est davantage portée par le volet environnemental, explique Denis Foy, directeur du centre de traitement en Moselle. Nous collectons tous les gisements de piles en vue de réduire leur impact écologique et sur la santé. De fait, nos procédés permettent davantage de recycler les composants métalliques en vue d’intégrer plusieurs applications », contrairement à la Snam qui cherche la pureté et la valeur en vue d’un recyclage en boucle fermée. A ce jour, Euro Dieuze dispose des capacités suffisantes pour absorber les flux mais se dit prêt pour répondre aux futurs gros volumes de batteries issus de VE arrivant en fin de vie. Pour accélérer cette transition, l’entreprise court aujourd’hui après les partenariats industriels. « Notre phase de déploiement en Europe est en cours. Cela impliquera à terme, la création d’un centre chimique capable de traiter les composants chimiques de ces batteries, en associant plusieurs sites satellites de tri et de séparation, installés dans d’autres pays comme le Royaume-Uni, l’Allemagne ou la Norvège ».

Vague de protectionnisme entre Etats européens

Les points de blocage semblent identifiés. Restent à les lever. Outre la mobilisation insuffisante des pouvoirs publics, estimée par les acteurs de la filière, d’autres verrous plus périphériques sont cités. Parmi eux, les difficultés de recrutement et de compétences. Pour Euro Dieuze, il est impératif de bien former les salariés et futurs employés pour plus d’efficacité et de compétitivité : « c’est pourquoi, nous avons décidé de créer une filière de formation dans notre région afin de répondre aux exigences de sécurité et de connaissance des produits » insiste Denis Foy. Pour Eric Nottez, il existe actuellement un manque de prise de conscience à l’échelle européenne de la valeur du produit. D’où peut-être l’idée de créer un statut spécial pour les recycleurs, garants du respect de l’environnement et du maintien des ressources stratégiques sur le marché européen : « nous sommes davantage pénalisés à l’heure actuelle par des distorsions de concurrence au sein de l’UE. Le protectionnisme s’installe dans certains Etats membres qui ont choisi de transcrire les directives à leur manière. Ajoutons à cela, les contradictions réglementaires comme Reach qui risquent de freiner les filières de recyclage ». L’exemple des batteries pour la mobilité électrique met en lumière des paradoxes européens qui risquent de nuire à une industrie émergente et stratégique pour l’Union européenne. La réglementation environnementale a permis de prendre de l’avance sur la scène internationale et donne l’exemple à d’autres régions du monde. En même temps, elle ne parvient pas à protéger suffisamment ceux qui, en Europe, oeuvrent pour l’environnement, la préservation des ressources naturelles et la sécurisation des approvisionnements.

Pour en savoir plus :

Sur la journée technique de Record et l’Ademe (www.jt-batteries.record-net.org)

Rapport de l’Ademe : Piles et accumulateurs (données 2017)