Les minéraux pour les batteries des VE

Le dernier rapport de Transport & Environment (T&E) sur les ressources nécessaires pour les batteries est particulièrement instructif :

:bulb:Avec plus de 20 gigafactories prévues, l’UE devrait rapidement être autonome pour la production de ses batteries.

:gear:Les évolutions techniques permettront de réduire la quantité de matériaux par kWh avec le passage de densités énergétiques de 200Wh/kg à 350Wh/kg en 10ans (sans compter les batteries Solid-State).

:seedling:Il faut se focaliser sur les technologies les plus efficientes : sur l’ensemble du cycle de vie, les VE consomment 60% d’énergie en moins que les véhicules thermiques.

:fearful: On oublie souvent la dépendance au pétrole qui représente 45% de la consommation finale d’énergie en Europe : l’empilement des barils nécessaires pour les voitures européennes ferait une tour de 3x la distance Terre-Lune.

:ok_hand:t3:Du côté des minéraux, le plan de résilience européen prévoit de produire 80% de ses besoins en Lithium en Europe dès 2025.
Le recyclage (avec des taux qui pourraient atteindre 90% pour le lithium et 98% pour le Nickel et le Cobalt selon T&E) devrait permettre de réduire les besoins.

:thinking: Malgré tout, il faut aussi réduire drastiquement notre dépendance aux véhicules individuels et repenser de manière systémique notre approche à la mobilité !

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Merci pour le partage du rapport.

Pour soutenir ton premier point, Northvolt vient d’annoncer avoir reçu pour rès de 14 milliards de dollars de commandes de la part de Volkswagen…

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En complément sur le sujet des ressources pour les batteries, Carbone 4 vient publier un article assez complet dans sa newsletter mobilité :

https://mailchi.mp/carbone4/news-decryptage-mobilite-covid-4858460?e=53a723bb53

Nous avons vu dans une première partie la grande pertinence des batteries dans la transition énergétique et climatique, notamment comme levier d’électrification des transports. Cependant, aucune solution n’est parfaite, et il est nécessaire de prendre en compte les autres impacts environnementaux des batteries afin de limiter les besoins en batteries aux usages les plus pertinents et essentiels.

La batterie, le remède miracle ?

Si les batteries ne contiennent pas de « terres rares »* comme on l’entend souvent, elles utilisent des métaux à forte criticité : le cobalt et le lithium, dont la production est de plus en plus destinée aux batteries (65% de la production de cobalt et 75% de la production de lithium devrait servir pour la production de batteries d’ici à 2025) [1]. Les batteries Li-ion mobilisent également des métaux moins critiques comme le nickel, le graphite, ou encore le cuivre, mais qui pourraient le devenir compte tenu des trajectoires de production exponentielle de batteries attendues (1 200 GWh en 2030 selon Avicenne [2], 2 000 GWh selon la BNEF [3], soit 7 à 12 fois plus qu’en 2018 !). Il n’y a pas de risque identifié de manque physique de ressources à cet horizon de temps - la seule ressource véritablement limitante serait le cobalt, mais de nouvelles chimies de cathodes (NMC811, NMC9.5.5 vs. NMC111 initialement) permettent de réduire drastiquement l’utilisation de ce métal – mais la forte croissance de la demande pourrait induire des risques d’approvisionnement et des déséquilibres sur le marché, et vis-à-vis des autres secteurs dépendants de ces métaux.

Par ailleurs, l’extraction minière a intrinsèquement des conséquences environnementales lourdes [4], car elle implique entre autres :

  • Dans la plupart des cas, de détruire l’écosystème initialement présent, sachant que la surface d’une mine est de l’ordre d’une centaine d’hectares, avec des conséquences sur la biodiversité ;
  • Une énergie importante pour extraire et transformer le minerai dans les procédés pyro-métallurgiques, dans des sites souvent reculés donc plus disposés à s’alimenter en énergies fossiles ;
  • L’utilisation de produits chimiques pour séparer le métal du minerai dans les procédés hydro-métallurgiques, qui nécessite un stockage (à défaut de retraitement) des effluents pendant des années et potentiellement longtemps après la fin d’exploitation de la mine. Les accidents de type fuites ou rupture de digues de retenues arrivent malheureusement régulièrement dans le monde minier avec des impacts significatifs sur les écosystèmes (ex : barrage Brumadinho de Vale en janvier 2019, 270 morts et 7 Md$ de dédommagements payés par l’entreprise).

Face à cela, des acteurs miniers améliorent leurs pratiques. On peut noter par exemple un procédé d’extraction directe du lithium actuellement en train d’être développé et permettant de diminuer très significativement les impacts environnementaux de l’extraction et de la transformation de ce métal (consommation en eau, emprise au sol, etc.) [5]. Malgré cela, l’extraction minière demeure par nature une perturbation forte des écosystèmes, sans compter les impacts sociaux parfois importants, et qui apparaissent régulièrement dans la presse [6]. Et rappelons que ces impacts sont valables pour tout type de mines, y compris pour le charbon et les métaux plus communs comme le cuivre ou l’aluminium, que l’on retrouve dans bien d’autres objets du quotidien.

Une voie crédible et nécessaire pour produire des métaux avec un impact socio-environnemental relativement faible est de massivement accroître le recyclage. Contrairement à une idée reçue courante, les batteries Li-ion sont recyclables, actuellement à hauteur de 50% par pyrométallurgie, et potentiellement jusqu’à 80-90% avec de nouveaux procédés hydrométallurgiques et mécaniques [7] [8]. La Commission Européenne a d’ailleurs proposé d’augmenter l’obligation actuelle du taux de recyclage (massique) des batteries de 50% actuellement à 65% en 2025 et 70% en 2030, avec des taux de recyclage spécifiques pour les métaux critiques (cobalt, nickel, cuivre, lithium) [9].
Pour autant, recyclable ne veut pas dire recyclé, et actuellement moins de 5% des batteries Li-ion en fin de vie le sont [10]. Et là encore, si le recyclage des batteries est loin d’être parfait, c’est aussi le cas de bien d’autres choses … notamment des véhicules thermiques.
La tension à prévoir sur les matières premières pour la production de batteries devrait favoriser naturellement l’essor du recyclagecomme approvisionnement alternatif. De plus, l’arrivée en fin de vie des premières batteries de véhicules électriques devrait massifier le gisement disponible et ainsi permettre à la filière de réaliser de véritables effets d’échelles, et rendre les matériaux recyclés aussi compétitifs que les matières premières [11].

Mais le recyclage, même s’il était réalisé de manière optimale, ne suffira pas à combler la demande, et toute augmentation de la production en batterie nécessitera une activité d’extraction minière additionnelle, qui cependant devrait être limitée pour assurer les justes besoins et avec les meilleurs procédés disponibles.

La technologie batterie à coupler avec une plus grande sobriété d’usage

En résumé :

  • Il y a un bénéfice climat certain pour l’usage des batteries, que ce soit dans l’électromobilité ou dans les batteries stationnaires ;
  • Il y a un impact environnemental certain à cause du besoin en matières premières issues de l’extraction minière très diverses et parfois critiques.

Ainsi, comme pour nombre de problèmes climatiques**, une réponse à la hauteur des enjeux ne peut être purement technologique, et doit comprendre un volet sur l’efficacité et la sobriété**. Pour limiter les impacts environnementaux, il faut impérativement stopper la course à la taille des batteries pour l’automobile, en limitant le poids et la puissance des véhicules (pour qu’ils soient moins énergivores), et en acceptant une autonomie suffisante pour 90% de ses déplacements sans rechercher le caractère « couteau suisse » des véhicules à essence/diesel. Une batterie de 40-50 kWh convient très largement pour la majorité des usages, et pour les mobilités exceptionnelles (départs en vacances), des alternatives peuvent être trouvées (charge rapide sur autoroutes, location d’une batterie supplémentaire sur remorque, voire la location d’un véhicule thermique de manière ponctuelle,).

Ainsi, les batteries offrent une solution technologique de premier plan dans la transition écologique, mais qu’il faut concilier avec une sobriété d’usage.

Article rédigé par Nicolas Meunier (Consultant Senior)
nicolas.meunier@carbone4.com

*Groupe de 17 métaux aux propriétés voisines, pas forcément moins abondants que les autres métaux mais à l’utilisation dans les activités humaines plus récentes.

Sources :
[1] European Commission, sourcing Avicenne 2018
[2] Avicenne 2019
[3] BloombergNEF
[4] Institute for Sustainable Futures
[5] Eramet
[6] Business and Human Rights Centre
[7] Li-Cycle
[8] Fortum
[9] Transport&Environment
[10] International Institute for Sustainable Development
[11] National Renewable Energy Laboratory

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