Les ministères de l’Ecologie et de l’Industrie ont annoncé en septembre 2021, l’attribution de nouveaux fonds publics pour renforcer la recyclabilité, le recyclage et l’incorporation de matériaux recyclés. Parmi les matériaux et les secteurs soutenus, les métaux stratégiques et la filière batteries Li-ion sont en bonne place. A l’échelle européenne, des consortiums associés à des groupes français voient le jour, tandis que le CNRS propose à l’industrie un nouveau procédé de recyclage plus vertueux.

Chaque année la France consomme 800 millions de tonnes de matières, et près de 350 millions de tonnes de déchets sont produits, dont près de 120 millions de tonnes ne sont pas recyclées. Ce sont également des dizaines de millions de tonnes de déchets recyclables qui sont exportés et traités hors de France, faute de capacités industrielles adaptées, et de débouchés pérennes, déplore dans un communiqué commun les ministères de l’Ecologie et de l’Industrie. Pour préserver les ressources, et les maintenir sur le territoire, rien de tel qu’une industrie outillée et performante. Car le recyclage, c’est aussi une opportunité pour créer des emplois non délocalisables. Selon le ministère de l’Industrie, le réemploi, le tri et le recyclage des déchets créent 10 fois plus d’emplois que leur mise en décharge. Et on estime à 800 000, le nombre d’emplois dans l’économie circulaire au sens large, dont 200 000 dans la réparation. D’où le lancement d’une nouvelle stratégie française « Recyclabilité, recyclage et réincorporation des matériaux ». Un programme d’investissements vise en particulier cinq matériaux : plastiques, matériaux composites, textiles, métaux stratégiques et papiers-cartons.

A côté des soutiens financiers de 200 millions d’euros déjà mobilisés dans le cadre du volet économie circulaire du plan France Relance sur la période 2021-2022, et des 600 millions du PIA4 consacré à la stratégie de recyclabilité d’ici 2027, l’État engage 370 millions d’euros de fonds publics supplémentaires. Au programme, une aide à la R&D ; à la formation ; au déploiement d’unités de recyclage des batteries et d’incorporation de matières recyclées. Ces soutiens visent toutes les étapes de la chaîne de valeur du recyclage : la conception des produits en amont ; la collecte, le tri des déchets et leur démantèlement ; la préparation des matières premières de recyclage ; leur réincorporation dans de nouveaux produits.

Les plastiques en priorité

La mise en œuvre de cette stratégie s’appuie sur la filière de recyclage (acteurs de la collecte, du tri et de la production des matières premières de recyclage) et sur les metteurs en marché de produits plus facilement recyclables et sources de débouchés pour les matières premières de recyclage. A ce titre, un appel à projets « Solutions innovantes pour l’amélioration de la recyclabilité, du recyclage et de la réincorporation des matériaux », porté par l’Ademe, est ouvert jusqu’au 23 juillet 2022. Il accompagne les projets d’innovation dans le tri des matériaux et dans le recyclage des plastiques. L’objectif d’ici à cinq ans, est de produire deux millions de tonnes de plastique recyclé chaque année. Il faut dire que les règles européennes se durcissent avec une volonté par exemple d’incorporer 30 % de plastique recyclé dans les emballages plastiques d’ici à 2030.

D’autres appels à projets sur le recyclage des métaux stratégiques seront ouverts à partir de septembre 2021, sur le recyclage des textiles, des composites et des papiers et cartons à partir du premier trimestre 2022. Avec comme ambition de multiplier par 4, le recyclage du textile d’ici 2025 et de réduire de moitié en 2030, l’excédent de quantités de papiers-cartons à recycler. Ce qui signifie, la création de 400 000 tonnes de capacités d’incorporation de papier-carton recyclé. En ciblant ces cinq matériaux, l’État espère aussi booster le recyclage et la recyclabilité dans certaines industries de pointe comme les batteries des véhicules électriques, les aimants permanents des éoliennes et des moteurs électriques, les électrolyseurs hydrogène, ou encore les panneaux photovoltaïques. La France veut tracer son sillon et acquérir plus d’autonomie industrielle en disposant d’ici 2030 de capacités suffisantes pour recycler 100 % des batteries des véhicules électriques arrivant en fin de vie en France. Ce déploiement industriel représente un soutien financier de 260 millions d’euros.

Orplast manque de candidats

« Certains projets sont longs à mettre en place », comme l’a souligné Arnaud Leroy, président de l’Ademe, lors d’un premier bilan des aides apportées par l’Agence dans le cadre de France Relance. C’est le cas par exemple des projets d’incorporation de plastique recyclé par l’industrie de la plasturgie, soutenus par le biais d’Orplast (Objectif recyclage plastiques) depuis 2018. Mais pour sa troisième édition, lancée il y a un an, Orplast a du mal à recruter. Selon Geoffroy Abécassis, responsable Plan de Relance et conseiller du président de l’Ademe, les acteurs ont manqué de visibilité depuis un an, tant au plan économique (crise sanitaire oblige) que réglementaire pour se lancer. « Il y a un problème de pertinence des projets et de localisation, déplore-t-il. Nous avons été déçus par la qualité des projets reçus et surtout par l’absence d’acteurs identifiés dans des bassins spécifiques comme la Plastic Valley ». Le dispositif a débloqué 142 millions d’euros sur deux ans ; 30 millions d‘euros sont déjà engagés, et 70 autres sont en cours. L’ambition est forte. L’Ademe veut maintenant changer d’échelle et cherche des projets de taille industrielle, et non plus des expérimentations de petite envergure. La date limite de dépôt des dossiers est fixée au 15 septembre 2022, avec plusieurs dates de dépôt intermédiaires.

ReLieVe et CARY-ION

La Commission européenne a lancé en 2017, l’Alliance européenne des batteries (260 acteurs du secteur industriel et de l’innovation) pour rattraper le retard de l’Europe et réduire sa dépendance en matières premières vis-à-vis de la Chine. En France et en Allemagne, environ 5 milliards d’euros d’investissement seront engagés dont un milliard de subvention publique. Le marché des batteries pourrait ainsi représenter 250 milliards d’euros par an à partir de 2025. L’obligation de recyclage d’une batterie lithium-ion n’est pour le moment que de 50 % contre 90 % pour une batterie au plomb. Des prévisions industrielles tablent sur 50 000 tonnes de batteries à recycler en Europe d’ici 2027, et dix fois plus en 2035. La composition de ces batteries est au cœur des enjeux, puisque les métaux stratégiques présents sont pour la plupart importés d’Asie, d’Afrique ou d’Amérique du Sud (nickel, cobalt, lithium, manganèse, aluminium).

En 2020, un consortium de trois industriels européens (Suez et Eramet pour la collecte des batteries, leur démantèlement et l’extraction des métaux, et BASF pour la recomposition des matériaux actifs de cathodes) et deux instituts scientifiques (Chimie ParisTech et Norwegian University of Science and Technology) ont lancé le projet « ReLieVe » (pour Recycling of Li-ion batteries for Electric Vehicle). Doté d’un budget de 4,7 millions d’euros – financé à plus de 60 % par EIT-Raw Materials, ReLieVe se terminera en décembre 2021. Le projet développe à grande échelle un procédé de recyclage « en boucle fermée », pour refaire des batteries. Contrairement aux procédés conventionnels, celui-ci vise à conserver les qualités physiques et chimiques des métaux recyclés pour être réutilisés dans la conception d’une nouvelle cathode de batterie lithium-ion. D’un point de vue environnemental, le défi est double : développer un procédé à impact carbone le plus faible possible ; chercher à maximiser le nombre de composants de la batterie lithium-ion à recycler.

Mieux traiter la black mass

Le procédé commence par un broyage de la batterie, puis une séparation des différentes fractions (tamisage, séparation magnétique etc…) afin de sélectionner la fraction la plus fine qui est celle qui contient la poudre de cathodes. Cette black mass (matière noire) est le plus souvent traitée par voie pyro-métallurgique, qui n’est pas la plus efficace d’un point de vue environnemental car seuls, certains métaux peuvent être récupérés et cela nécessite des opérations de transport de la matière sur de longues distances. De plus ces opérations sont en général réalisées hors Europe, selon Sophie Lebouil, R&D Program Manager chez Eramet Ideas et coordinatrice du projet. L’exportation de black mass est alors en contradiction avec la volonté de sécuriser les chaînes d’approvisionnement de ces matières premières pour produire de nouvelles batteries de véhicules électriques. Durant toute l’année 2020, Eramet a testé plusieurs voies à l’échelle pilote. Les essais ont porté sur le broyage des batteries, les étapes de séparations physiques pour récupérer la black mass et sur son raffinage par voie hydro-métallurgique pour produire des sels de qualité batterie. « L’objectif de ReLieVe est de profiter des avantages européens en termes de structures existantes et de notre savoir-faire en matière de procédé hydro-métallurgique mais aussi celles d’autres producteurs, explique Sophie Lebouil. Il s’agit de créer un modèle vertueux avec mise en place de boucles plus courtes, plus efficaces et plus rentables pour répondre aux besoins d’un marché du recyclage en très forte croissance sur les vingt années à venir ».

Le problème environnemental subsiste malgré tout avec l’hydrométallurgie car le procédé consomme des produits chimiques pour séparer les éléments, et c’est le cas en présence de mélanges de différentes chimies de cathodes. Il faudrait pouvoir trier les batteries en fonction de la nature des cathodes, sauf que celle-ci n’est jamais indiquée. Pour Virginie Nachbaur, Valérie Pralong et Firas Ayadi, chercheurs au CNRS (Groupe de Physique des Matériaux de l’université de Rouen Normandie et du Crismat de Caen), les solutions de traitement des métaux issus des batteries Li-ion continuent de tourner autour de la pyro et hydrométallurgie, alors que d’autres procédés beaucoup plus vertueux et plus efficaces sont possibles.

Moins nocif, moins coûteux

Lancé en 2017, le projet français CARY-ION a fait l’objet d’un dépôt de brevet. Les travaux de R&D reposent ni plus ni moins que sur l’utilisation d’un solvant, chauffé à moins de 250 °C. Ce polyol, peu coûteux est notamment utilisé comme produit anti-gel sur les avions. Son impact environnemental est faible ; il peut être réutilisé dans le process plus de quatre fois et n’entraîne aucune attaque acide. Le procédé s’appuie sur le principe de la cocotte minute qui sous pression, et l’action du solvant, permet de séparer les éléments métalliques à l’état de poudre, sans altérer le graphite associé. Résultat : tous les métaux, sels de lithium et alliages de nickel-cobalt sont récupérés et sont susceptibles de repartir dans la production de nouvelles batteries ou pour certains, être utilisés en sidérurgie.

L’équipe scientifique de CARY-ION estime que le procédé apporte de nombreux bénéfices aux industriels désireux de se lancer dans une nouvelle filière de recyclage. D’autant que le réacteur peut être intégré dans des unités de traitement de petite taille et mobiles. C’est toute la différence avec les technologies actuelles qui nécessitent des investissements lourds et coûteux pour gérer les émissions issues du traitement. A ce jour, le projet du CNRS a rempli sa mission à l’échelle du gramme. En phase de pré-maturation jusqu’en septembre 2022, il implique de passer à une échelle de traitement de 10 grammes et de faire appel à une société d’ingénierie avant l’étape de prototypage industriel. « La recherche a abouti à des résultats prometteurs. Désormais, nous voulons passer la main à d’autres acteurs pour développer le projet et le rendre viable au niveau industriel » explique Virginie Nachbaur. Les chercheurs ont d’ores et déjà pris contact avec certains groupes industriels ; sans doute la période la plus difficile qui s’annonce, où ils auront comme ultime mission, d’expliquer, de convaincre et de rassurer sur la faisabilité d’un procédé hors norme. Priorité est donnée aux industriels français et européens. Si rien ne bouge, les chercheurs n’excluent pas d’élargir leur champs de prospection.

Crédits : Eramet, CNRS

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