Connaissez-vous vraiment ce Lithium qui circule dans vos batteries ?

07 décembre 2017 12:12:34

Tout comme pour le VE, de nombreux stéréotypes et fantasmes circulent au sujet du Lithium. AMPERes les passe en revue dans cette synthèse afin de vous permettre de discerner le vrai du faux.

 

Qu’est-ce que le Lithium ?

Le Lithium est le troisième plus petit atome du tableau de Mendeleïev et le plus petit que l’on peut trouver à l’état solide à pression atmosphérique (l’Hydrogène et l’Hélium, encore plus légers, étant des gaz). C’est un métal mou qui s’oxyde très vite au contact de l’eau et de l’air, ce qui implique qu’ils se trouve uniquement sous forme de sels dans la nature (saumures ou minerais solides). Il est assez répandu mais les endroits où il est suffisamment concentré pour garantir une exploitation rentable sont assez rares.

 

Réserves et production mondiales de Lithium

Les ressources les plus faciles d’accès (saumures) sont principalement localisées en Amérique du sud. Les estimations annoncent que les réserves terrestres permettraient de produire des batteries pendant plusieurs dizaines voire centaines d’années sans compter la gigantesque quantité de Lithium présent dans l’eau des océans dont le coût d’exploitation est à l’heure actuelle bien plus élevé.

 

Source: planete.gaia.free.fr

 

4 compagnies se partagent 89% de la production mondiale d’or blanc sous forme de saumure (brine source) ou minérale (mineral source). L’extraction du Lithium à partir de saumures est plus récente, plus efficace et donc plus rentable que l’extraction à partir de minerais.

 

Source: www.moneyweb.co.za

 

L’utilise-t-on autre part que dans les batteries  ?

Les autres applications industrielles les plus représentées sont la céramique et le verre mais une multitude d’autres secteurs l’utilisent (lubrifiants, polymères, médical,…). Son usage dans les batteries va logiquement exploser dans les années à venir, principalement sous l’impulsion de la mobilité électrique. .

 

f = forecast (prévision), t LCE = Tons of Lithium Carbonate Equivalent

 

Les types de production et leur impact (le côté sombre)

Pour le Lithium issu de saumure (ex: Amérique du Sud)

La saumure est lentement (plusieurs semaines) concentrée par évaporation dans de grands bassins solaires placés à l’air libre jusqu’à obtenir une concentration en Lithium d’environ 6%. Elle est ensuite traitée avec du Carbonate de Sodium pour obtenir du Carbonate de Lithium ou avec de la chaux pour obtenir de l’hydroxyde de Lithium.

Source: batteriesandsustainability.org

 

 

Bien que la majeure partie de la production soit située dans des zones quasi-désertiques, toute exploitation minière implique un impact environnemental non négligeable surtout dans les pays pauvres qui n’ont pas les moyens ni les réglementations permettant une production de Lithium « propre »:

  • épuisement des ressources aquifères et assèchement des sols des populations locales;
  • si une grande partie de l’énergie utilisée est solaire (évaporation), il n’est pas rare que le solde provienne du charbon (électricité) ou du diesel (pompes).

Ajoutons à cela l’absence de réel bénéfice sociétal pour les pays les plus pauvres (ex: Bolivie) qui sont incapables de vendre leur Lithium sous forme de produits à haute valeur ajoutée par manque de main-d’oeuvre qualifiée et d’infrastructures de pointe.

 

Source : SQM (producteur de Lithium)

 

Pour le Lithium issu de minerais (ex: Australie)

Il faut d’abord concentrer le spodumène (aluminosilicate de Lithium) pour ensuite le traiter par voie acide ou basique afin d’obtenir le précieux sel de Lithium. Ce type d’exploitation minière utilise des produits chimiques, consomme beaucoup d’énergie et d’eau et peut engendrer une pollution de l’air, de l’eau et des sols.

 

 

Pourquoi est-il si important dans les batteries ?

C’est la petite taille du Lithium qui confère légèreté et densité d’énergie exceptionnelle aux batteries qui l’utilisent. La batterie libère son électricité par échange réversible des ions Lithium entre ses deux électrodes, la première est l’anode (en graphite) et la seconde est appelée cathode (constituée d’oxyde métallique). L’échange se fait dans un milieu appelé électrolyte qui est liquide dans la batterie Li-ion ou solide dans certaines batteries de nouvelle génération.

Les principaux producteurs de batteries sont Panassonic, Samsung et LG. L’Asie domine largement la production avec la Chine, la Corée du Sud et le Japon.

 

 

La demande ne va-t-elle pas faire monter les prix ?

Le prix du Lithium a connu un sursaut mais les analystes se veulent rassurants et prévoient un lissage des prix dans les années à venir grâce à une hausse des productions en Argentine et Australie. Mais de nouvelles tensions sur les prix sont attendues à l’horizon 2025 lorsque les VE seront définitivement devenus plus rentables que les thermiques, accentuant de ce fait la demande à laquelle l’industrie pourra répondre assez rapidement en augmentant la production à partir des saumures d’Amérique du sud. Cette hausse rapide de la production de Lithium pourrait néanmoins engendrer des problèmes sur certains autres marchés qui ne pourraient absorber les surplus des autres sels produits conjointement.

 

Source: fifighter.com

 

Mais les batteries sont très loin d’être composées uniquement de Lithium. En effet d’autres composants comme le graphite (anode, produit surtout en Chine) et surtout le Cobalt (cathode, produit surtout en R.D. Congo) dont les ressources sont beaucoup plus limitées que le Lithium constitueront le vrai facteur limitant. Le recyclage des batteries est donc essentiel pour garantir l’essor du VE.

 

Source: www.manufacturingcleanenergy.org

 

Malgré tout cela, les économies d’échelle permettront au prix des batteries de continuer à décroître de manière spectaculaire dans les années qui viennent et ainsi grandement contribuer à rendre les coûts globaux du VE compétitifs puis définitivement meilleurs que ceux des thermiques.

 

Source: www.themavision.fr

 

Les avantages des batteries au Lithium

  • le Lithium est le métal le plus léger donc les batteries Li-ion sont compactes et légères;
  • pas d’effet mémoire (phénomène affectant les performances d’autres technologies d’accumulateurs si ils ne sont pas complètement déchargés avant d’être rechargés);
  • elle combine commodité (en charge rapide) et durée de vie importante (en charge lente);
  • faible auto-décharge;
  • très bon rendement donc compatibles avec le réseau (stockage énergie renouvelable).

 

Les inconvénients…

  • la batterie va s’user dans le temps à cause du vieillissement de l’électrolyte et du nombre de cycles de charge/décharge;
  • le Lithium est présent dans les batteries via une multitude de technologies différentes rendant plus difficile l’élaboration de protocoles de recyclage standardisés;
  • ces batteries ne supportent pas bien les chocs, le froid et la chaleur. Dans des cas extrêmes elles peuvent s’enflammer. Ce qui implique une électronique de surveillance embarquée ainsi qu’une protection rigide qui alourdit le véhicule;
  • en hiver elles sont moins performantes (phénomène d’engourdissement);
  • le Lithium n’est pas aussi abondant que d’autres métaux, engendrant une pression sur les ressources et donc un coût de fabrication plus élevé mais en décroissance constante grâce aux économies d’échelle.

 

Conseils pour choyer vos batteries Li-ion

  • éviter les chaleurs extrêmes
  • si possible après utilisation intensive, laisser la batterie reposer avant la recharge (en hiver vous remarquerez un regain d’autonomie si la batterie passe du grand froid vers la température ambiante de l’habitation)
  • préférer les recharges lentes
  • éviter les extrêmes lors de la charge/décharge. L’optimum est la plage 20 à 80%;
  • pour un stockage longue durée chargez préalablement votre batterie à 50%;
  • éviter à tout prix la décharge complète (raccourci sa durée de vie).

 

source : info-solaire.fr

 

La seconde vie 

Lorsque l’autonomie de la batterie devient trop étriquée pour répondre aux besoins de son utilisateur, la faire passer directement par la case recyclage serait une grave erreur car elle peut encore rendre de précieux services à la communauté comme stockage tampon pour le réseau ou de secours à la place des groupes électrogènes. Le marché étant colossal, de nombreuses expérimentations sont en cours un peu partout sur la planète

 

Le recyclage des batteries au Lithium mais pas que…

L’Union Européenne impose aux constructeurs automobiles la responsabilité de vérifier la présence d’une filière de recyclage des accumulateurs qu’ils mettent sur un marché ainsi qu’un recyclage minimum en poids de 50%, chiffre qui augmentera progressivement avec le développement des infrastructures.

Les batteries sont constituées de plusieurs métaux dont certains, à l’inverse du Lithium, sont plus critiques comme le Cobalt. Bien que le « faible » prix d’extraction du Lithium ne rende pas encore son recyclage rentable, ce dernier n’en reste pas moins lié aux autres métaux de la batterie puisqu’en fin de vie le démontage de celle-ci est suivi d’un broyage.

 

 

Les filières se développent petit à petit principalement sur base de 2 processus appelés hydrométallurgie et pyrométallurgie avec des rendements de plus de 85% pour le Lithium et le Cobalt. Citons notamment Retriev Technologies (USA), Umicore (Belgique), Récupyl (France),….mais plusieurs freins sont à déplorer:

  • les précautions à prendre pour éviter les risques d’explosion;
  • l’élimination des déchets toxiques;
  • la variété des technologies en perpétuelle évolution n’aide pas à la standardisation des processus;
  • il est théoriquement possible d’atteindre 99% de rendement mais le coût supplémentaire pénalise la rentabilité;
  • plus un procédé vise de hauts rendements, plus il est complexe et moins il permet un important débit.

La hausse des prix d’autres métaux comme le Cobalt, le Cuivre, le Nickel…présents dans les batteries a l’avantage de favoriser l’autofinancement des filières de recyclage.

 

REE = Rare Earth Element (terres rares dont certains proviennent par exemple des moteurs ou pots catalytiques)

Source: www.pmr.umicore.com

 

Est-il vrai qu’il n’y en aura pas assez pour tout le monde ?

Cette information n’est pas tout à fait exacte. Les experts estiment les réserves terrestres mondiales entre 15 et 35 millions de tonnes. De quoi fabriquer plusieurs milliards de batteries de véhicules électriques ayant 200 km d’autonomie mais certainement pas uniquement des batteries permettant de parcourir 1000 km. De cela on peut directement tirer plusieurs affirmations :

  1. Il est beaucoup plus important de développer un réseau de recharge performant (et rapide pour les longues distances) que de produire des batteries ayant une énorme capacité (du moins tant qu’elles contiendront du Lithium).
  2. Lorsque ce réseau de charge sera en place, le futur de la voiture électrique pourra s’envisager avec des batteries qui se chargent très rapidement mais de moindre capacité et donc pas forcément avec le Lithium puisque des alternatives existent.
  3. En attendant, afin de ne pas mettre une pression inutile sur la ressource il est aussi essentiel que le consommateur ne surdimensionne pas de manière excessive sa batterie lors de l’achat.
  4. Il est aussi primordial d’utiliser les filières de recyclage existantes pour tous les types de batteries au Lithium (piles, batteries de smarthphone, thablettes, PC portable,…) car chaque kg de Lithium recyclé permet de promouvoir la filière responsable et d’avancer un peu plus vers l’économie circulaire.

 

Source: www.cea.fr

 

L’après Lithium…

Si les accumulateurs au Lithium sont loin d’être parfaits, ils constituent une transition de choix pour favoriser l’essor de la mobilité électrique. Les recherches intenses qui ont lieu dans de multiples laboratoires devraient lui trouver des alternatives (graphène, Sodium,…) qui permettront de soulager la pression sur la ressource.

Mais en attendant d’autres axes restent incontournables pour améliorer le bilan écologique du VE et enrayer la folle course aux batteries toujours plus grosses que se livrent de manière inconsciente les industriels à grand renfort de publicité. Citons par exemple:

  • la suppression des déplacements inutiles (grâce au télétravail,…);
  • l’utilisation de moyens de transport légers pour les courtes distances;
  • le développement des Transports en Commun (TEC);
  • l’allègement des voitures;
  • la multiplication des bornes de recharge;
  • l’optimisation des performances des batteries (poids, nombre de cycles, recyclabilité,…);
  • l’augmentation de la part de matériaux recyclables dans les nouvelles voitures (y compris pour les batteries);
  • une concertation entre la production et le recyclage pour permettre la standardisation et la simplification des processus;
  • covoiturage, autopartage, horaires décalés, car-sharing;
  • la décarbonatation des sources d’électricité pour la production et l’utilisation.

Chaque citoyen doit également pleinement jouer son rôle en adoptant un comportement le plus responsables possible (choix de mobilité, achat, conduite, recyclage,…). Même si cela engendre pour chacun quelques inévitables désagréments, nous ne pouvons plus nous permettre la liberté totale dans tous les domaines car cela engendre une pression insoutenable sur  l’ensemble de l’écosystème qui nous abrite.

 

Sources et liens utiles:

www.fr.wikipedia.org: salar d’Uyuni (Bolivie)

www.automobile-propre.com: le Lithium pour les nuls

www.societechimiquedefrance.fr: LITHIUM

www.westernlithium.com: Vamos Argentina !

www.ecoinfo.imag.fr: Impacts de la production du lithium

www.usinenouvelle.com: Le manque de lithium pourrait freiner l’essor de la voiture électrique

www.letemps.ch: Le lithium et le cobalt: les producteurs doivent faire face à leurs responsabilités

www.automobile-propre.com: Volkswagen toujours en manque de Cobalt

www.lesechos.fr: La seconde vie des batteries de voitures électriques usagées

www.avere-france.org: Piles et batteries : Le lithium recyclé pourrait représenter 9% des volumes en 2025

www.fr.wikipedia.org: Recyclage des batteries

www.ec.europa.eu: Directive 2006/66/EU on Batteries and Accumulators and Waste Batteries and Accumulators

www.esaip.org: Etude critique sur les procédés de recyclage des batteries rechargeables Lithium-ion et faisabilité

www.automobile-propre.com: Le recyclage des batteries des voitures électriques

www.recupyl.fr: Hydrométallurgie

www.recyclagemetauxrares.wordpress.com: Le recyclage des métaux rares et précieux

Publication of Chalmers University of Technology: Lithium Ion Battery Recycling Technology 2015

www.slate.fr: Sodium vs lithium, le casse-tête énergétique de la voiture propre

Une réponse à “Connaissez-vous vraiment ce Lithium qui circule dans vos batteries ?”

  1. Outre la préservation des ressources, les grosses batteries n’ont d’intérêt que si un réseau de chargeurs leur est spécifiquement dédié.
    Par exemple, où va se charger la nouvelle Jaguar I-PACE avec une batterie de 90kwh ? Sur le même réseau que les ZOE, LEAF, BMWI3…. ?
    Quand un superchargeur Tesla délivre en moyenne 135kW, les autres bornes sont plafonnées à 50kW. La situation est déjà délicate sur les bornes rapides entre les propriétaires de Leaf qui eux peuvent charger à 50kW et les propriétaires de ZOE qui sont plafonnés à 22kW alors si on ajoute à cela de gros SUV, cela va vite tourner court !

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