En Europe, la directive 2006/66/CE qui concerne les batteries et les accumulateurs, exige le recyclage de la batterie d’une voiture électrique lithium-ion d’au moins 50%. Il est également interdit d’abandonner ou d’incinérer les batteries des voitures électriques.
En France, la filière du recyclage se compose principalement de deux entreprises : la SNAM (Société Nouvelle d’Affinage des Métaux) dans le Rhône et Euro Dieuze en Moselle.
Les étapes du recyclage de la batterie d’une voiture électrique
1- Collecte des batteries et démontage
Les batteries sont d’abord collectées dans des centres spécialisés afin de procéder au démantèlement de chaque élément.
La première étape est de décharger complètement la batterie puis de l’extraire du véhicule, ce qui demande environ 1 heure de main d’œuvre. Cette opération peut être réalisée soit directement par le constructeur automobile, soit par un centre de casse spécialisé, soit par l’entreprise de recyclage.
La prochaine étape est le démontage de la batterie, le plus souvent réalisée directement par l’usine de recyclage. La batterie doit donc être placée dans un sarcophage de transport afin d’aller du centre d’extraction jusqu’à un centre spécialisé dans le recyclage de batteries.
La phase de désassemblage est assez fastidieuse puisqu’une batterie se compose de plusieurs modules qui eux-mêmes contiennent des centaines de cellules individuelles de lithium-ion. Par exemple, une Renault Zoé est composée de 48 modules métalliques, qu’il faut ouvrir un à un afin d’extraire les métaux contenus à l’intérieur.
Lors du démantèlement des batteries, chaque pièce est triée et chaque composant est recyclé différemment. On trouve notamment des composants électroniques, les éléments de structure, du plastique et bien sûr les métaux : chaque élément ira dans une filière de recyclage adaptée.
Les entreprises spécialisées dans les batteries de voitures électriques traitent principalement les cellules lithium-ion, qui contiennent notamment du lithium, du cobalt, du nickel ou encore du manganèse. L’objectif est donc de séparer tous ces éléments afin de les recycler, grâce à différents procédés et notamment le broyage.
2. Broyage et traitement des métaux
Afin d’extraire les métaux contenus dans les cellules des batteries, différentes techniques sont possibles telles que le broyage, l’hydrométallurgie ou encore la pyrométallurgie.
Le broyage est utilisé pour séparer les éléments des cellules électriques : les machines vont alors recracher des petits morceaux de cuivre, d’aluminium ou encore de plastique. Le broyage permet également d’obtenir une poudre noire qui contient tous les matériaux actifs de la cellule comme le lithium, le cobalt ou le nickel.
Ces métaux rares peuvent être séparés à l’aide de procédés physico-chimiques : concrètement la poudre noire va passer environ une semaine dans une cuve chimique et à la sortie on retrouvera par exemple des morceaux de nickel. C’est ce que l’on appelle l’hydrométallurgie, technique par laquelle les métaux ferreux sont magnétiquement séparés des non ferreux.
Outre les techniques combinées de broyage et d’hydrométallurgie, la pyrométallurgie peut également être utilisée. Cette méthode consiste à introduire les cellules lithium-ion dans des fours à pyrolyse afin que celles-ci soient portées à haute température et que les métaux se séparent par condensation. Trois produits ressortent de cette méthode : les métaux ferreux, les métaux non ferreux et les laitiers.
Une fois que les métaux sont séparés, ils doivent être purifiés et remis à l’état solide afin de pouvoir être réutilisés.
3- Récupération et réutilisation des matières premières
Tout l’intérêt de ces différentes techniques de broyage ou de pyrométallurgie est de récupérer les matières premières afin de les réutiliser dans d’autres industries. Les différents métaux sont donc remis à l’état solide pour obtenir ce que les professionnels appellent des « gâteaux ».
Les métaux non ferreux, tels que le cuivre, le nickel ou l’aluminium, sont affinés dans des solutions acides afin d’être utilisés en métallurgie. Par exemple, l’hydroxyde de nickel est utilisé pour composer un inox ou un alliage, pouvant servir dans des produits du quotidien comme les lames des couteaux de cuisine ou encore les rails de portes de garage.
Les métaux ferreux, quant à eux, servent pour l’aciérie et notamment pour les couteaux de luxe ou encore dans les disques de frein des TGV.
Enfin, les traitements réalisés sur les métaux permettent d’obtenir des laitiers, qui sont des sous-produits provenant de la fusion à haute température des métaux par voie liquide. Ces laitiers peuvent servir dans la fabrication de laines de roche et sont appréciés comme remblais routier ou comme matière première pour le ciment.
Ces métaux sont également utilisés comme matières premières dans la fabrication de nouvelles batteries pour voitures électriques. L’enjeu du recyclage à boucle courte est d’assurer une forme d’indépendance de l’Europe dans l’accès à ces matières premières, qui sont extraites à la base dans d’autres pays. Les acteurs de cette industrie souhaitent en effet mettre en place une économie circulaire permettant de réduire le transport et surtout l’extraction de ces métaux rares.
En revanche, les métaux recyclés ne sont plus assez purs pour être réutilisés dans la fabrication de batteries. C’est pourquoi des scientifiques ont mis au point une solution chimique afin de rendre les métaux ultra purs : il s’agit de l’entreprise Solvay qui a une usine à La Rochelle. L’entreprise traite ainsi ces métaux dans des cuves chimiques, afin de leur donner une pureté de plus de 99%.
Le procédé n’est pas encore rentable, mais les industriels sont optimistes et pensent qu’il le deviendra grâce à l’augmentation du nombre de batteries à recycler dans les années à venir.
Les déchets non recyclés par le recyclage d’une batterie électrique
Avant toute chose, il faut savoir que toutes les batteries ne sont pas recyclées. En effet, de nombreux constructeurs cherchent des solutions pour offrir une seconde vie aux batteries de leurs voitures électriques, notamment avec l’usage stationnaire et le stockage d’énergie.
Cette solution est utilisée dans le cas où la batterie a encore de l’énergie qui peut servir. Autrement, la Directive Européenne mentionnée précédemment précise que les constructeurs sont responsables de leurs batteries et se doivent de recycler celles-ci par eux-mêmes ou en faisant appel à une entreprise spécialisée dans le recyclage des batteries.
Cependant, tous les éléments d’une batterie ne peuvent pas être recyclés. Il existe en effet des éléments résiduels qui n’ont pas assez de valeur par rapport au coût du recyclage. Les matières plastiques, les carbones, les graphites ou encore les particules filtrées par les cheminés lors du recyclage devront être enfouies dans des décharges spécialisées.
D’après une interview de la SNAM pour Automobile Propre, « 2% des déchets issus du recyclage ne peuvent pas être retraités et sont envoyés à l’enfouissement […] soit 20-30 tonnes par an sur 6000 tonnes ». Pour d’autres sources, ce chiffre peut s’élever jusqu’à 10% de déchets enfouis.
La pollution engendrée
Selon les méthodes utilisées, le recyclage d’une batterie de voiture électrique peut engendrer de la pollution. C’est notamment le cas avec la pyrométallurgie, où les fours à haute température dépensent énormément d’énergie et rejettent des gaz à effet de serre, notamment du CO2.
Néanmoins, la filière du recyclage en Europe innove pour proposer des solutions plus vertes. Par exemple, le projet ReLieVe (Recycling of Li-ion batteries for Electric Vehicles) porté par Suez, Eramet et BASF souhaite pouvoir recycler 100% des batteries d’ici 2025 grâce à un procédé innovant.
Nous pouvons également citer la société allemande Duesenfeld qui utilise une méthode de recyclage à froid, qui permettrait de consommer 70% d’énergie en moins et de réhabiliter 85% des matériaux pour de nouvelles batteries.
Si vous souhaitez en savoir plus sur cette filière prometteuse, nous vous invitons à lire notre article sur le recyclage des batteries de voitures électriques en 2020.