La fabrication d’une batterie
Les batteries de voitures électriques sont un assemblage de cellules en modules. Ceux-ci sont ensuite reliés les uns aux autres et supervisés par un circuit électronique pour être enfin intégrés à la voiture.
Le nombre de véhicules électriques sur nos routes ne cesse de croître. En France, selon les estimations, on pourrait dépasser les 8 millions de véhicules électrifiés en circulation d’ici 20301. Une tendance qui entrainera sur le long terme une hausse de la demande en ressources minérales nécessaires à la fabrication des batteries.
Les batteries lithium-ion
La majorité des voitures électriques en circulation sont équipées de batteries lithium-ion. Derrière ce nom se cache en réalité plusieurs technologies associant diverses ressources minérales.
On retrouve dans les batteries lithium-ion des ressources minérales comme le lithium, l’aluminium, le nickel, le manganèse ou le cobalt. Les technologies les plus répandues sont les NMC, pour Nickel-Manganèse-Cobalt, et les NCA, pour Nickel-Cobalt-Aluminium. Tous les matériaux n’ont pas la même criticité d’approvisionnement, le cobalt concentrant les problématiques les plus sévères en termes de disponibilité et de coût.
Pour prévenir les risques de difficultés d’approvisionnement et réduire les coûts de production, les constructeurs de batterie se sont déjà engagés à réduire la quantité de matériaux utilisés dans chaque batterie. Ainsi, la teneur en cobalt des batteries est par exemple passé de 30% à 10% dans les dernières générations de batteries NMC2. Par ailleurs, le recyclage permettra de réutiliser de nombreuses fois ces matériaux pour fabriquer de nouvelles batteries.
Bon à savoir : Si l’approvisionnement de certains matériaux utilisés pour la fabrication de batteries peut-être en tension, principalement pour le cobalt, aucun d’entre eux ne fait partie des « terres rares » qui désignent 17 matières précises de la classification périodique des éléments notamment utilisées depuis 1960 pour la fabrication de nombreux produits comme les ampoules LED ou les aspirateurs.
Les batteries Lithium Fer Phosphate
Certains constructeurs se tournent vers des batteries constituées de lithium, de fer et de phosphate, dites « LFP », et n’utilisant aucun cobalt pour leur fabrication.
Parmi les avantages de cette technologie, on peut citer un coût moins élevé et une durée de vie de la batterie allongée. Toutefois les batteries LFP présentent une densité énergétique légèrement moins élevée que leurs équivalents lithium-ion. Autrement dit, à taille équivalente, une batterie LFP accordera une plus faible autonomie qu’une batterie NMC.
En 2022, la part de marché mondiales des voitures électriques équipées de batteries LFP était de 27%3 contre 70% pour les batteries lithium-ion. Cette croissance est principalement portée par les constructeurs automobiles chinois.
En route vers le futur de la batterie
Diverses nouvelles technologies de batterie sont également en cours de recherche et développement4.
On peut notamment citer la technologie sodium-ion (Na-ion), qui a l’avantage d’éviter complètement le besoin de minéraux critiques. C’est actuellement la seule qui ne contient pas de lithium. Plusieurs constructeurs ont déjà annoncé le lancement de voitures électriques Na-ion5. Les principales incertitudes concernant l'adoption de batteries au sodium sont la marge de progression des processus de production de ces matériaux, ainsi que le temps nécessaire à la mise en place d'une filière de production à l'échelle industrielle.
Les batteries solides sont également prometteuses. Elles sont dites solides car leur électrolyte est solide, contrairement aux batteries "habituelles" où il est liquide. Leur densité énergétique pourrait être supérieure d'environ 70% à celle des meilleures batteries lithium-ion actuelles. La capacité mondiale actuelle de production de batteries solides est estimée à moins de 2 GWh par an, soit environ 0,5% du marché mondial. Cette capacité devrait augmenter considérablement, notamment avec l'arrivée sur le marché de batteries solides utilisant des électrolytes d'oxyde et de sulfure entre 2025 et 2030.
Durée de vie des batteries et recyclage
Une batterie est considérée comme viable pour la mobilité jusqu’à ce qu’elle ne puisse plus délivrer plus que 80% de l’énergie pour laquelle elle a été initialement conçue. On considère qu’il faut entre 200 000 et 500 000 km pour qu’une batterie atteigne cet état. Pour un véhicule parcourant 20 000 km par an, cela correspond à entre 10 et 25 ans d’utilisation et va au-delà de la distance moyenne parcourue par un véhicule sur l’ensemble de sa durée de vie évaluée à environ 200 000 km.
C’est pourquoi la plupart des constructeurs garantissent maintenant leur batterie pour une durée de 8 ans et entre 150 000 et 250 000 km.
La norme Euro 7 prévoit des exigences minimales de performance pour la durabilité des batteries des véhicule électriques et hybrides :
- performance à 80% de la capacité jusqu'à 5 ans ou 100 000 km
- 72% jusqu'à huit ans ou 160 000 km
Contrairement aux croyances, les batteries ne terminent pas à la casse ou dans la nature. Elles sont collectées pour être reconditionnées pour servir de moyen de stockage d’électricité, c’est ce qu’on appelle la seconde vie de la batterie quand celle-ci tombe sous la barre des 80% de capacité. Ensuite, elle sont recyclées afin de réutiliser des matières premières dans de nouvelles batteries.
En Europe, la loi impose depuis 2010 aux entreprises de recycler 50% minimum du poids d’une batterie de véhicule électrique6. Un nouveau règlement européen datant de 2023 impose d’augmenter cette part à 65% à partir de 2025 et à 70% à partir de 2030. La filière automobile a déjà atteint des taux de recyclage des matières premières allant jusqu’à 95%7.
