A/ La stratégie de mobilité bas-carbone est privilégiée par les pouvoirs publics en France et  en Europe. Elle implique l’électrification de la plupart des moyens de transport (les utilitaires, les bus, accessoirement les vélos, scooters et trottinettes et surtout les voitures). 

A l’échelle mondiale, l’AIE (Agence Internationale de l’Énergie) évalue à plus de 140 millions, le nombre de véhicules électriques en circulation en 2021. 

Dans le monde et au cours de la seule année 2022, les hybrides rechargeables et véhicules électriques ont fait un bond de 55 % (plus de 10 millions de modèles vendus). Les prévisions de l’IEA estiment à 14 millions d’unités supplémentaires en 2023.

B/ Autre évolution sociétale notable, les objets portables et connectés se multiplient. Rien qu’en France, il se vend entre 15 et 16 millions de smartphones par an, et donc – quasiment autant de batteries Lithium – Lion (Li-ion) qui composent l’essentiel de l’offre européenne. 

C/ Le recyclage des batteries Li -Ion concerne actuellement les produits électroniques (voir schéma). Pour les raisons invoquées en point A, une mutation va s’opérer au profit des batteries automobiles.

Double problématique:

Durant la vie d’une batterie Li-ion, cycle après cycle (chargement – déchargement), se forme à l’interface anode-électrolyte, une couche de passivation (appelée SEI, pour Solid Electrolyte Interphase). 

Cette couche de passivation dégrade inéluctablement la performance des cellules au point de rendre, à terme, les batteries obsolètes.

La double problématique suivante se pose du fait de : 

1°) la prolifération massive des batteries en utilisation;

2°) leur caractère non réutilisable au terme de leur durée de vie limitée.

Leur recyclage apparaît comme une impérieuse nécessité. Il répond à un lourd impératif écologique doublé d’un objectif économique eu égard la valorisation des déchets.

contrainte

Contraintes réglementaires:

• Les batteries obsolètes sont classées parmi les déchets dangereux selon l’article R541-8 du code de l’environnement.
• La directive 2006/66/CE impose qu’au moins la moitié des matériaux contenus dans les piles et accumulateurs usagés soit recyclés. 
• Par voie de conséquence, les batteries Li-ion obsolètes s’inscrivent dans une filière à responsabilité élargie des producteurs (REP) selon le principe du pollueur – payeur : les opérateurs (constructeurs automobiles, vendeurs, réparateurs, etc.) ont pour obligation légale de s’impliquer dans la récupération / collecte des batteries usagées ainsi qu’à leur recyclage / valorisation.
• L’Union Européenne travaille actuellement à la fois sur l’augmentation des seuils de recyclage (95 % du nickel, cobalt et cuivre, et 70 % du lithium), et sur l’imposition de recourir à des matériaux recyclés (notamment les plastiques ou encore les sels de lithium et les solvants).

Contrainte technologique: 

A /Préambule : il existe cinq types de batterie Li – Ion en fonction de leurs composants:

• Lithium Cobalt Oxide (LCO), la plus importante en volume et devant le rester, 
• Lithium Iron Cobalt (LFP),
• Lithium Manganese Oxyde (LMO), 
• Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide (NCA), devant connaître une forte croissance,
• Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC).

B/ Le recyclage d’une batterie consiste à séparer et récupérer les matériaux valorisables (manganèse, lithium, nickel et cobalt) en faisant face à deux contraintes majeures:

• chimique en raison de la très forte et bien connue réactivité du lithium (métal alcalin qui n’existe pas à l’état natif dans le milieu naturel, mais uniquement sous la forme de composés ioniques),
• fonctionnelle dûe à la multiplicité des modèles (absence de véritables standards) et à la complexité et la compacité des dispositifs. 

C/ La valorisation de la cathode (Elec. +), constituant le quart de la batterie (comme on peut le voir dans le tableau ci-dessous), représente l’objectif premier des industriels, en raison de sa charge en cobalt.

Une perspective de revente n’est pas simple à mettre en œuvre, (le cours restant très volatile), ce qui constitue un frein important du point de vue des industriels. Une perspective de réutilisation semble plus appropriée (et probablement plus rentable sur le long terme) et correspondre aux objectifs de circularité des matériaux prônée par l’U.E. 

Technologie

Le recyclage des batteries électriques, qu'elles soient au lithium ou au sodium, est crucial pour réduire l'impact environnemental et sécuriser l'approvisionnement en matériaux précieux.

Voici quelques technologies couramment utilisées ou en développement pour le recyclage des batteries 

1. Recyclage mécanique : Cette méthode implique le broyage des batteries en petits morceaux, suivis d'un tri des différents composants. C'est l'une des méthodes les plus simples et les plus répandues, mais elle a ses limites, notamment en ce qui concerne la récupération des matériaux actifs des électrodes.

2. Recyclage par pyrolyse : Cette méthode implique la chauffe des batteries à des températures élevées en l'absence d'oxygène pour décomposer les composants organiques. Cela permet de récupérer les métaux sous forme d'un alliage et les matériaux inorganiques sous forme de scories. Cependant, cette méthode a un impact environnemental important en raison des émissions de gaz et de la consommation d'énergie.

3. Recyclage hydrométallurgique : Cette méthode implique l'utilisation de solvants pour dissoudre les composants des batteries et récupérer les métaux sous forme de sels ou de métaux purs. C'est l'une des méthodes les plus efficaces en termes de taux de récupération des matériaux, mais elle implique également l'utilisation de produits chimiques potentiellement dangereux.

4. Recyclage direct : Cette méthode implique le démontage des batteries et le réutilisation directe des composants, après un traitement minimal. Cela permet de préserver la structure et les propriétés des matériaux, mais elle est limitée par la variabilité des formats et des compositions des batteries.

5. Bio-recyclage : Cette méthode utilise des micro-organismes pour extraire les métaux des batteries. C'est une méthode prometteuse car elle est potentiellement plus respectueuse de l'environnement que les autres méthodes, mais elle est encore en cours de développement et n'est pas encore largement utilisée.

processus

1. Collecte et tri : Les batteries usagées sont collectées et triées en fonction de leur type et de leur état. Cela peut impliquer de séparer les batteries rechargeables des batteries non rechargeables, et de séparer les batteries endommagées ou défectueuses qui peuvent nécessiter un traitement spécial.

2. Démantèlement : Les batteries sont ensuite démantelées en séparant les composants externes (comme le boîtier et les connecteurs) des composants internes (comme les électrodes et l'électrolyte).

3. Traitement préliminaire : Les composants internes des batteries sont ensuite traités pour enlever les matériaux organiques et isoler les matériaux métalliques. Cela peut impliquer des étapes de broyage, de criblage, de séparation magnétique, et de séparation par densité.

4. Extraction des métaux : Les matériaux métalliques sont ensuite extraits des composants traités. Cela peut être fait par des méthodes hydrométallurgiques (utilisant des solvants pour dissoudre les métaux), pyrométallurgiques (utilisant la chaleur pour extraire les métaux), ou biologiques (utilisant des micro-organismes pour extraire les métaux).

5. Affinage : Les métaux extraits sont ensuite affinés pour enlever les impuretés et récupérer les métaux sous une forme pure et utilisable.

6. Recyclage des autres composants : Les autres composants des batteries, comme le plastique et l'électrolyte, peuvent également être recyclés ou traités de manière appropriée.

7. Réutilisation des matériaux : Les matériaux récupérés peuvent ensuite être réutilisés dans la fabrication de nouvelles batteries ou d'autres produits.