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Tribune | « Recyler ou réutiliser les batteries pour véhicules électriques ? l’un n’empêche pas l’autre ! »

Tribune | « Recyler ou réutiliser les batteries pour véhicules électriques ? l’un n’empêche pas l’autre ! »
Gina Aquilano, Directrice de la technologie, division Automobile, Analog Devices. Crédit : DR
Par Gina Aquilano, Directrice de la technologie, division Automobile, Analog Devices, le 23 mai 2022.
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Si l’absence de moteur à combustion les rend très discrets, les véhicules électriques (VE) s’imposent lentement mais sûrement sur nos routes. Toutefois, bien que présentés comme une alternative « propre » aux moteurs à combustion et aux combustibles fossiles, les VE ont un talon d’Achille  : la batterie. Gina Aquilano, Directrice de la technologie, division Automobile, Analog Devices, revient sur cet enjeu de valorisation.

Selon le Forum économique mondial, quelque 2,3 millions de véhicules électriques seront en effet immatriculés en 2020, soit quatre fois plus qu’en 2015. Cette évolution rapide est liée à trois facteurs : la demande des consommateurs, l’expansion de l’infrastructure de recharge et l’adoption, tant au niveau local que national, de règlementations favorisant l’électrification. Toutefois, bien que présentés comme une alternative « propre » aux moteurs à combustion et aux combustibles fossiles, les VE ont un talon d’Achille : que faire d’une batterie qui pèse une demi-tonne et n’est plus en mesure de délivrer une charge suffisante pour propulser un véhicule ?

Aujourd’hui, l’option la plus courante, le recyclage, permet de récupérer certaines matières premières, telles que le cobalt ou le lithium. Toutefois, ce processus coûteux pèche à la fois par l’absence de règlementations et d’une chaîne d’approvisionnement clairement définie.

La mise au rebut, une solution qui coûte de plus en plus cher

S’agissant du coût des véhicules électriques, les batteries demeurent un enjeu majeur. Cet organe central représente à lui seul jusqu’à 30 % environ du prix d’un VE, même si de nettes améliorations sont en vue : les progrès significatifs dont bénéficient la chimie et l’électronique contribuent en effet à réduire le coût des batteries tout en rendant possible leur réutilisation efficace et en leur accordant une seconde vie. Par ailleurs, leur recyclage pourrait créer les leviers financiers nécessaires pour que le secteur franchisse le point de basculement.
 
                                                 ~30 %
coût de la batterie dans un véhicule électrique. Statistiques et faits concernant les VE (2021) | Policy Advice

La possibilité de surveiller avec efficacité l’état de santé de la batterie d’un bout à l’autre de sa « première vie », puis au cours de ses vies ultérieures, contribuera à maximiser le niveau de confiance établi entre les vendeurs et les acheteurs. Cette confiance permettra en outre de considérer les batteries comme un actif que les fabricants OEM pourront utiliser pour rentabiliser une partie de leur investissement initial, en répercutant potentiellement ces économies sur les consommateurs.
À partir de 2035, 10 millions de batteries pour véhicules électriques pourraient être mises au rebut chaque année, ce qui représente une masse supérieure à la grande pyramide de Gizeh.

Dix millions de véhicules électriques sont actuellement en circulation. On estime que d’ici à 2025, dix millions de véhicules électriques seront vendus... chaque année ![1] Dans la mesure où la durée de vie effective moyenne d’une batterie pour VE est d’une dizaine d’années, le nombre de batteries mises au rebut annuellement représentera de 1,3 à 1,5 fois la masse de la grande pyramide de Gizeh, soit 5,8 millions de tonnes.2

Réutiliser, avant de recycler

Le processus de « réutilisation » consiste à identifier au sein d’un pack de batteries les éléments qui contiennent encore une charge viable, puis à démonter le pack et à le réassembler en utilisant les éléments opérationnels. Cette alternative au « recyclage » est en fait une étape intermédiaire qui correspond à ce que les professionnels nomment la « seconde vie ». Une batterie lithium-ion dont la capacité de charge initiale se dégrade pour atteindre 70 à 80 % — généralement en l’espace de huit à dix ans — n’est plus en mesure d’alimenter efficacement le véhicule et doit être remplacée. Le nombre croissant de ces batteries hors d’usage crée un nouveau marché baptisé le « secteur des batteries de seconde vie ».

Dans la mesure où cet organe représente à lui seul plus de 30 % du prix d’un VE, les fabricants de batteries, les constructeurs automobiles, les organismes de réglementation et certaines compagnies d’assurance ont tout intérêt, tant d’un point de vue économique qu’environnemental, à développer un marché secondaire. À ce titre, les systèmes de stockage d’énergie (SSE) proposent la solution la plus directe en incorporant les éléments encore viables d’un bloc de batteries usagées dans un réseau d’énergies renouvelables où ils seront utilisés pour stocker l’excédent d’énergie générée par les centrales éoliennes, solaires, hydroélectriques ou géothermiques. Les batteries pour VE peuvent également être démontées pour former des modules compacts adaptés à des utilisations moins exigeantes telles que les outils électriques, les chariots élévateurs ou les scooters électriques.

Le tout jeune marché des batteries de seconde vie n’est toutefois pas exempt d’obstacles, que ce soit sur le plan de la technologie, du contrôle de la qualité ou de la mise en œuvre. À titre d’exemple, les batteries qui équipent actuellement les véhicules électriques utilisent des harnais conçus pour contrôler l’état de charge de la batterie. Ces harnais, ainsi que d’autres, doivent être déposés avant de redéployer la batterie, ce qui augmente nécessairement le coût et la complexité de la conception. Selon une tendance croissante favorable à l’intégration du démontage en fin de vie dès la phase de conception, les concepteurs peuvent s’affranchir de la surveillance câblée pour adopter un système de gestion de batterie sans fil appelé wBMS (wireless Battery Management System).

Outre la réduction des dimensions, du poids et du coût des matériaux utilisés dans les véhicules électriques, l’approche sans fil permet d’appliquer un processus à la fois plus sûr et plus évolutif pour la dépose et l’assemblage robotisés des blocs de batteries.

Seconde vie : prolonger de plusieurs années l’existence des batteries pour VE

Selon certaines estimations, les applications de seconde vie pourraient allonger la durée de vie d’une batterie de 6 à 30 années utiles. Mais en fait, cette prolongation est déterminée par la façon dont la batterie a été traitée tout au long de son existence opérationnelle. A cet égard, la technologie sans fil wBMS apporte d’autres avantages grâce à sa capacité à collecter des données sans contact d’un bout à l’autre du cycle de vie de la batterie. Ces précieuses données peuvent être consolidées sur le cloud et liées à l’identité sécurisée de la batterie.
 
                                              6 à 30 ANS

c’est la période pendant laquelle une batterie peut être utilisée au-delà de son fonctionnement dans un véhicule électrique
Quelle est la durée de vie de la batterie de mon EV ? 3 conseils pour l’allonger. Article publié par Union of Concerned Scientists — ucsusa.org

Avant qu’une batterie puisse être réutilisée, le vendeur peut exploiter ces données pour dresser un « bilan de santé » : combien de fois le propriétaire du VE l’a-t-il chargée et déchargée, complètement ou partiellement ? Est-ce que le véhicule a eu un accident ? Que révèle son carnet d’entretien ? De plus, cette surveillance extrêmement détaillée peut également être appliquée dans des endroits où il était impossible de collecter des données pour des raisons de logistique : est-ce que la batterie, neuve ou de deuxième vie, a été entreposée correctement ? A-t-elle subi des dommages pendant le transport ?

Toutes les batteries sont finalement démantelées et recyclées après avoir été utilisées et réutilisées. La technologie BMS sans fil permet de caractériser l’inventaire en mode sans contact afin d’accélérer le processus décisionnel : faut-il réutiliser la batterie ou la recycler ? Une fois la décision prise sur la base des données d’état obtenues par exemple à l’aide d’un système BMS sans fil, acheteurs et vendeurs peuvent atteindre un niveau de confiance normalisé et évaluer la valeur de la batterie de façon équitable, avant de convenir d’un montant. L’industrie pourrait même définir une norme d’évaluation permettant de distinguer une batterie « légèrement usagée et notée AAA » d’une batterie mal entretenue.

Un nouvel univers durable à l’horizon

Le secteur des véhicules électriques connaît une croissance exponentielle et les batteries vont jouer un rôle déterminant dans l’essor de ce mode de transport davantage respectueux de l’environnement. Si la réutilisation des batteries de seconde vie constitue une étape intermédiaire de grande valeur en amont du recyclage, son succès dépend dans une large mesure du traitement holistique des applications initiales et ultérieures. La batterie et le système BMS doivent être conçus d’emblée en tenant compte de la durée de vie utile totale de la batterie. Une telle approche nécessite potentiellement un changement d’approche de la part des fournisseurs de batteries et des constructeurs automobiles, mais sur le long terme, les uns et les autres ont une carte importante à jouer dans la création d’un nouveau canal commercial écologiquement durable et économiquement viable.

De son côté, l’industrie automobile lance une multitude d’initiatives environnementales et sociales qui porteront leurs fruits à court et long termes. Il s’agit par exemple de l’élimination du cobalt dans la composition chimique des batteries en raison de pratiques minières controversées, ou de la réduction des émissions générées par la production de matériaux tels que l’aluminium ou les matières plastiques dans l’optique de la décarbonation des véhicules.[3]

En conclusion, lorsque nous circulerons tous à bord d’un véhicule électrique, nous serons conscients de contribuer à la protection de l’environnement en sachant que la batterie qui se trouve sous nos sièges aura une seconde vie, que ce soit dans une nouvelle voiture, un système de stockage d’énergie ou toute autre application.
 
1 1. Global EV sales by scenario, 2020-2030 – Charts – Data & Statistics - IEA
2 2. As electric vehicles take off, we’ll need to recycle their batteries (nationalgeographic.com)
3 The zero-carbon car: Abating material emissions | McKinsey
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