Résultats significatifs

Fournir des métaux pour le marché des batteries

batterie
L’approvisionnement en métaux est un enjeu essentiel pour doter l’Europe d’une capacité de production de batteries. Cela implique de recycler davantage et de façon plus sélective les batteries en fin de vie car elles contiennent des quantités importantes de métaux tels que le cobalt, le nickel ou encore des terres rares.

L’Alliance européenne des batteries (European Battery Alliance) a été lancée par l’Union européenne (UE) en octobre 2017. Son objectif premier est de permettre à l’Europe de doter son industrie d’une capacité indépendante de production de batteries. 
L’électrification massive de la mobilité attendue dans les années à venir ainsi que le développement des capacités de stockage de l’électricité sont fortement liées aux technologies des batteries NiMH (nickel-hydrure métallique) et Li-ion (lithium-ion). Les batteries sont ainsi au cœur d’enjeux de recherche fondamentaux : de l’extraction des matières premières à la conception des packs de batteries jusqu’au recyclage. Or il est estimé que les capacités de recyclage françaises et européennes actuelles (15 000 tonnes par an) seront insuffisantes dès 2027. Les acteurs européens, dont les recycleurs français, devront multiplier par trois leur capacité de traitement à cette date (besoin de l’ordre de 50 000 tonnes)1.  
Le soutien à la recherche et à l’innovation est ainsi indispensable afin de modifier les technologies de recyclage des batteries pour atteindre les niveaux de performance de récupération des métaux du futur règlement européen sur les batteries. La Commission européenne a proposé dans son projet de règlement sur les batteries des objectifs minimaux de rendement de recyclage de 65 % du poids des batteries d’ici à 2025 et de 70 % d’ici à 2030, ainsi qu’un taux minimal de récupération des principaux métaux (Co, Ni, Li, Cu). Elle introduit également un calendrier pour l’intégration de matériaux recyclés dans la fabrication de nouvelles batteries. Cette initiative doit inciter les recycleurs à développer des procédés pour sortir des métaux en qualité très pure, dits « qualité batterie » (battery grade en anglais). 

Développer de nouveaux procédés de recyclage…

Un premier axe de recherche réside dans le développement de technologies de recyclage à moindre impact environnemental. Le projet LIMEX ( Innovative Membrane Extraction of Lithium for Spent Lithium-Ion Battery Recycling) est construit par un consortium de trois organismes européens de recherche : l’Institut pluridisciplinaire Hubert-Curien (IPHC) de l’université de Strasbourg (coordinateur du projet), Chalmers University of Technology (Suède) et le Laboratoire de l’ingénierie de la séparation et de la réaction de l’université de Porto (Portugal). -L’entreprise Euro Dieuze Industrie, filiale de la société -Sarpi-Véolia (France), fait également partie du consortium.
Soutenu dans le cadre de l’appel à projets européen ERA-MIN2, ce projet a pour objectif de concevoir et d’évaluer la performance d’un procédé d’extraction innovant et propre associant un extractant d’origine naturelle, des solvants verts et des procédés membranaires. La technologie des membranes liquides supportées, développée dans ce projet, pourrait remplacer des équipements d’extraction lourds (exigeant de grands volumes de solvants organiques), coûteux et énergivores. Les résultats de ce projet sont attendus pour décembre 2022.
Le projet BatreAres (Battery Recycling Achieving Rare Earth Separation, 2016-2018), soutenu dans ERA-MIN1 a proposé un procédé innovant basé sur l’utilisation de liquides ioniques pour le recyclage de batteries NiMH usagées issues des voitures hybrides. Deux laboratoires français, le Laboratoire d’électrochimie et de physico-chimie des matériaux et des interfaces (LEPMI), coordinateur du projet, et Grenoble Alpes University – Laboratoire (G-Scop), ainsi qu’un laboratoire portugais (Ciceco, université d’Aveiro) ont travaillé pour ce projet en collaboration avec un industriel français (Récupyl). Le procédé développé dans le projet BatreAres permet une extraction sélective du cérium (par un liquide ionique hydrophobe spécifique), pour pouvoir ensuite récupérer cette terre rare. Une alternative très innovante a également été étudiée pour la séparation des métaux de transition. Il s’agit de systèmes biphasiques aqueux acides – mélange d’un liquide ionique hydrophile et d’un acide inorganique qui, dans des conditions précises, vont former deux phases immiscibles – qui permettent de partager les métaux de façon sélective entre les deux phases. Ainsi, le nickel peut être séparé du cobalt. Ces deux éléments sont ensuite récupérés sous forme métallique par électro-dépôt.

Batterie et fil installés sur le système électrique du moteur de voiture écologique

… et proposer une « seconde vie » aux batteries 

En plus des recherches sur l’amélioration tant en quantité qu’en qualité du recyclage des métaux contenus dans les batteries en fin de vie, un second axe de recherche réside dans la « seconde vie » des batteries. 
Le Programme des investissements d’avenir accompagne le positionnement des acteurs industriels français. Il a ainsi permis de financer le projet UEX2, porté par la Société nouvelle d’affinage des métaux (SNAM) en partenariat avec le CEA (2015-2019), qui a conduit au développement un procédé couplant pyrométallurgie et hydrométallurgie pour les batteries lithium-ion. 
De plus, les porteurs du projet ont développé une méthodologie de diagnostic pour l’orientation en filière de seconde vie de certains modules issus des batteries de véhicules électriques. Ces modules en « bon état de santé » pourraient ensuite être utilisés dans une nouvelle batterie conçue par exemple pour le stockage stationnaire. Le projet UEX2 est le premier projet français à aborder d’un point de vue industriel la problématique de la seconde vie des modules issus des batteries lithium-ion. 
Il semble très difficile que la France puisse accéder à une souveraineté absolue pour l’approvisionnement en métaux pour la fabrication de batteries au vu des perspectives de croissance du marché. Pousser les procédés de recyclage jusqu’à leurs limites, tant en termes de quantité que de qualité, reste une façon de sécuriser en partie nos approvisionnements.  L’enjeu à l’avenir est de soutenir des projets de recherche et d’innovation permettant en particulier le recyclage en boucle fermée.

  1. Comité stratégique de filière mines et métallurgie : synthèse des travaux du comité de pilotage « Développement d’une filière intégrée de recyclage des batteries lithium », 2019
Le projet de recherche SURFER

Le projet de recherche SURFER, conduit par le BRGM, le CNRS et l’ADEME, vise à fournir des éléments de réponse sur la faisabilité de la transition énergétique française au regard des besoins en matières qui en découlent. Ces besoins concernent des matières minérales, énergétiques, l’eau et les sols.
Une recherche bibliographique a été effectuée pour identifier des données originales de type « composition matière » pour les technologies de la transition énergétique mais également pour des filières énergétiques classiques (gaz, pétrole, charbon, nucléaire) représentant l’état actuel des technologies.