Réutilisation et recyclage des batteries HV

Processus de recyclage divers et dernières avancées

Avec la popularité croissante des véhicules et électriques, les batteries HV (high voltage) sont de plus en plus utilisées. Ces batteries sont essentielles au fonctionnement des véhicules, mais elles peuvent également avoir un impact significatif sur l'environnement lorsqu'elles approchent de la fin de leur durée de vie. Dans cet article, nous examinons l'importance du recyclage des batteries HV et la manière dont il peut être effectué de manière responsable.

L'importance de la réutilisation

Lors de la transition des voitures à moteur à combustion vers les véhicules électriques, deux systèmes électriques différents sont importants. Le système principal est à haute tension, entre 200 et 800 volts. Ces batteries HV alimentent le groupe motopropulseur et le système de propulsion d'une voiture électrique.

Pour assurer la durabilité des véhicules électriques, il est important de maximiser la durée de vie des batteries HV. Tout d'abord, le fabricant garantit normalement le bon fonctionnement d'une batterie HV pendant au moins 8 ans. Ensuite, la batterie est transportée, démontée jusqu'au niveau du module et testée en vue d'une éventuelle réutilisation.

L'état de santé, c'est-à-dire le rapport entre la capacité restante d'une batterie (au moment du test) et sa capacité à l'état neuf, revêt une importance particulière. S'il s'avère que la batterie ne pourra pas profiter d'une seconde vie, elle peut être recyclée. Il est d'ailleurs possible d'utiliser davantage de batteries dans ce système de stockage circulaire de l'énergie, afin de disposer d'une batterie d'une capacité équivalente à celle d'une batterie neuve.

L'importance du recyclage

Oui, le recyclage des batteries de véhicules électriques est déjà possible. En effet, le recyclage est une obligation légale pour les constructeurs automobiles européens, qui sont responsables de leurs produits dans le cadre de la responsabilité élargie des producteurs, depuis leur mise sur le marché jusqu'à la fin de leur durée de vie.

Le recyclage des batteries des high voltage est une obligation légale pour les constructeurs automobiles européens

En effet, les batteries HV mises au rebut contiennent de nombreuses matières premières précieuses et utilisables, telles que le cobalt, le nickel, le manganèse et le lithium. Il s'agit de matières premières non renouvelables d'origine minérale dont les stocks dans la croûte terrestre sont limités et pour lesquelles nous dépendons fortement de l'exploitation minière dans des pays hors d'Europe, tels que la Chine.

Les constructeurs et importateurs de véhicules en Belgique considèrent donc les batteries HV mises au rebut comme une source de matières premières et les collectent proprement. Le recyclage ne fera que gagner en importance, car un nouveau règlement européen sur les batteries, entré en vigueur en février 2024, exige des producteurs de batteries qu'ils développent des batteries contenant 16% de cobalt recyclé et 6% de lithium et de nickel recyclés d'ici à 2031. D'ici 2036, ces proportions devraient déjà être portées à 26% de cobalt, 12% de lithium et 15% de nickel respectivement.

Faits et chiffres

En Belgique, des entreprises telles qu'Octave, Watt4Ever et Revolta sont engagées dans le recyclage des batteries de véhicules électriques. Ces deux dernières entreprises participent également à Solmate, un projet européen visant à stimuler la recherche sur la réutilisation des batteries. Ce projet international, auquel participent également des entreprises et des institutions d'Espagne, d'Allemagne, de France et d'Italie, est dirigé par l'Institut flamand de recherche technologique (VITO).

Le recyclage des batteries HV est organisé en Belgique par Febelauto. Outre la collecte, le traitement et le recyclage des véhicules hors d'usage, Febelauto a également été désignée comme organisme de gestion de ces batteries par les importateurs en 2015. En 2023, Febelauto a collecté 10% de plus que l'année précédente. Avec le nombre croissant de véhicules électrifiés arrivant sur le marché, ce chiffre devrait augmenter de manière exponentielle à l'avenir.

La Belgique, un pays modèle
En 2023, Febelauto a collecté 5.714 batteries HV en Belgique. 85% des batteries collectées ont été traitées (réutilisation, remanufacturation, reconditionnement ou recyclage), tandis que les 15% restants ont été stockés temporairement dans l'attente d'une quantité économiquement viable à éliminer en vue d'un traitement ou de l'obtention d'une licence de traitement. Environ 50% de ces batteries de véhicules électriques ont été réutilisées, les 50% restants étant recyclés en vue de la récupération des ressources. De cette manière, rien n'est perdu. Avec ces chiffres, la Belgique se place d'ailleurs parmi les meilleurs pays européens.

Transport et stockage

Les batteries Li-ion sont des produits dangereux et doivent être transportées conformément à la réglementation ADR. Au-delà de 333 kg, des plaques orange portant le code "3480" doivent être apposées sur le camion. Dans le cas des batteries HV, ce poids est rapidement atteint. Le transport ADR nécessite du personnel qualifié.

Les batteries Li-ion peuvent provoquer un incendie en cas d'emballement thermique, connu sous le nom de 'Thermal Runaway'. Ce phénomène est dû à un court-circuit interne. En raison de la grande quantité d'énergie stockée dans les batteries au lithium, le risque d'incendie est élevé.

Les batteries mises au rebut sont stockées de manière à minimiser la présence de substances conductrices ou inflammables et à les protéger contre l'exposition à l'eau, la chaleur excessive et le risque de rupture ou d'autres dommages physiques.

Cela est possible grâce aux conteneurs ASP sécurisés, spécialement conçus pour le stockage et le transport des batteries au lithium. Les mesures spéciales, adaptées à l'activité, sont élaborées de préférence en concertation avec les pompiers ou un expert indépendant.

Processus de réutilisation

La batterie est tout d'abord démantelée. Ensuite, les entreprises testent intensivement les modules en les déchargeant et en les rechargeant à nouveau, afin d'enregistrer l'état de santé par le biais d'algorithmes appropriés. Ensuite, les modules peuvent être réutilisés ou non et réassemblés dans une nouvelle armoire ou un nouveau conteneur avec une foule de nouveaux logiciels. En effet, chaque module est connecté à un nouveau système de gestion de la batterie.

Le règlement sur les batteries stipule que le système de gestion de la batterie doit pouvoir être réinitialisé pour charger un nouveau logiciel. Toutefois, cela semble pratiquement impossible sans le développeur d'origine. Cependant, la nouvelle réglementation crée une prise de conscience qui incitera les constructeurs automobiles à donner une seconde vie à leur système de gestion de la batterie.

Processus de recyclage

Si la réutilisation n'est pas possible, la batterie sera recyclée. Le processus de recyclage dépend en partie du type de batterie, la composition chimique et technique jouant un rôle important. Toutes les batteries HV sont des batteries Li-ion. Les batteries Li-ion courantes peuvent être divisées en deux familles: les batteries NMC (nickel, manganèse et cobalt) et les batteries LFP (lithium, fer et phosphate).

Le processus de recyclage dépend en partie du type de batterie, la composition chimique et technique jouant un rôle important

Certaines batteries sont facilement démontables jusqu'au niveau des cellules, tandis que dans d'autres, toutes les cellules de la batterie sont collées les unes aux autres. Par exemple, la plupart des batteries lithium-ion commercialisées aujourd'hui contiennent beaucoup moins de cobalt qu'auparavant, voire pas du tout. Pour une entreprise de recyclage, le contenu exact et la valeur potentielle déterminent également en grande partie le prix qu'elle facturera au fournisseur de batteries à recycler.

Le processus de recyclage varie légèrement d'une entreprise à l'autre, mais on peut globalement distinguer quatre étapes:

• Démontage (éventuellement avec décharge préalable) de la batterie, pour en retirer les cellules.
• Traitement mécanique des cellules. Il s'agit de broyer les cellules et d'en séparer mécaniquement le contenu en fractions suivantes: feuilles de fer, d'aluminium et de cuivre et masse noire. Cette dernière comprend le lithium, le cobalt, le nickel et le manganèse.
• Pyrométallurgie de la masse noire dans un four à haute température. Toutes les substances organiques (électrolytes, liants, plastiques, etc.) sont brûlées au cours de ce processus.
• Le traitement hydrométallurgique, qui consiste à extraire sélectivement les métaux précieux à l'aide de réactifs chimiques sous forme de sels métalliques (carbonate de lithium, sulfate de nickel...). Enfin, il faut procéder à une purification supplémentaire pour obtenir des matières premières de qualité 'batterie'.

Les chercheurs sont constamment à la recherche de nouveaux types de batteries. Les nouvelles batteries seront plus sûres, plus efficaces et contiendront le moins possible de matières premières rares. Par conséquent, la technologie de recyclage doit également être adaptée en permanence.

Consultez les lignes directrices établies par Febelauto ici.

Nouveaux développements

Il y a plusieurs avancées et nouveautés. Par exemple, de nouvelles batteries avec des compositions chimiques différentes arrivent de plus en plus souvent sur le marché. Les entreprises impliquées dans la réutilisation et le recyclage des batteries adaptent leur technologie pour traiter ces nouveaux types de batteries.

Comme indiqué précédemment, il existe plusieurs projets de recherche européens visant à améliorer les processus de réutilisation et de recyclage. L'un d'entre eux, ReUse, explore notamment la possibilité d'un 'recyclage direct'. Il s'agit simplement de 'nettoyer' le matériau des batteries sans effectuer d'autre traitement, après quoi le matériau peut être réutilisé dans des batteries.

Nouvelles normes européennes

La Commission européenne travaille à l'élaboration de nouvelles normes sur les performances, la durabilité et la sécurité des batteries. L'une de ces normes, qui devrait être prête dans deux ans, traite de la manière dont les batteries des véhicules électriques peuvent être converties en batteries stationnaires sûres.

De nouvelles normes européennes pour mesurer la qualité des batteries sont également en cours d'élaboration. Des travaux sont actuellement en cours pour développer un nouveau type d'appareil de mesure: l'impédancemètre de module. Cet appareil de mesure permet de réaliser une sorte d'électrocardiogramme de chaque cellule de la batterie afin d'analyser si toutes les cellules sont encore identiques. S'il y a des cellules anormales, le module n'est plus utilisable.

En collaboration avec Bebat, Febelauto, VITO/EnergyVille et Watt4Ever