Une nouvelle vie pour les batteries de véhicules électriques

Avec l’interdiction d’achat de voitures thermiques dans l’Union européenne (UE) à l’horizon 2035, les ventes de batteries lithium-ion vont augmenter. Selon les scénarios établis par le cabinet de conseil Avicenne Energy, elles devraient passer de 200 000 en 2020 à 600 000 en 2030, voir 900 000 dans le meilleur des cas. Leur autonomie permet un usage automobile de dix à quinze ans. Pour retarder l’étape obligatoire du recyclage et éviter de nouvelles extractions de terres critiques (cobalt, nickel, cadmium et lithium…), des constructeurs automobiles et des chercheurs tentent actuellement de leur offrir une seconde vie. En effet, même avec une autonomie réduite, elles disposent encore de 70 % de leur capacité. Elles peuvent être utilisées cinq à dix ans de plus pour un usage stationnaire : alimenter le réseau électrique afin de lisser les pics de demande, stocker de l’énergie solaire, ou encore électrifier le transport maritime hybride ou des engins aéroportuaires…

Du véhicule au stationnaire

Ainsi, des constructeurs automobiles tels que Renault, Nissan ou BMW depuis 2019, offrent une seconde vie à certaines batteries. Selon l’annexe sur la seconde vie des batteries de l’étude Peps 5, les démonstrateurs mis en place « ont donné de bons résultats sur le plan technique, et ont montré que les systèmes seconde vie sont capables de répondre aux besoins de différentes applications stationnaires ».

Il subsiste toutefois quelques challenges. Pour les pallier, la Commission européenne a incorporé des mesures sur la seconde vie des batteries dans sa proposition de règlement sur les batteries et leurs déchets visant à remplacer la directive 2006/66/EC. Un accord provisoire entre le Parlement européen et le Conseil de l’UE a d’ores et déjà été trouvé, mais le texte n’a pas encore été voté. Tout d’abord, l’article 59 stipule que les batteries en fin de vie devront subir un « contrôle de santé ». En effet, « étant donné les densités d’énergie mises en jeu, il suffit d’un défaut mineur pour provoquer une situation dangereuse », narre Elisabeth Lemaire, autrice principale de l’annexe de Peps 5. Exemple le plus flagrant : une batterie issue d’un véhicule accidenté pourrait avoir sa structure interne fragilisée et risquerait un emballement thermique.

Le reconditionneur, aussi appelé « intégrateur », et l’utilisateur de batterie en seconde vie doivent donc être capables, en plus d’évaluer l’état de santé de la batterie à l’instant T, de connaître son historique. Ce règlement pourrait permettre, à la revente de la batterie en fin de vie, de passer d’une obligation de responsabilité du constructeur sur tout le cycle de vie à une responsabilité de l’intégrateur sur la seconde vie (article 47). Mais, pour fonctionner, cette transmission de responsabilité doit être accompagnée d’une transparence totale des constructeurs vis-à-vis des reconditionneurs. « Ce n’est pas toujours le cas actuellement », expose Sébastien Patoux, chargé du service des technologies batteries au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Une impression partagée par Sophie Molina, ingénieure de recherche pour Entech. Ainsi, pour favoriser la transparence des constructeurs, la Commission européenne a proposé la mise en place d’un « passeport batterie » (article 65). Les informations sur la conception de la batterie et son histoire seraient ainsi rendues disponibles en ligne.

Une optimisation à revoir

Après diagnostic, les batteries et les modules doivent être reconditionnés physiquement et numériquement pour leur nouvel usage. En effet, les packs actuels sont optimisés pour l’usage automobile et non pas stationnaire. « Pour que certaines batteries s’allument, il faut par exemple retirer la couche logiciel qui exige que la ceinture des passagers soit bouclée », illustre Sophie Molina. Tous les reconditionnements ne sont d’ailleurs pas souhaitables. Certains peuvent être trop chers, remettre la sécurité de la batterie en question ou engendrer une réduction des bénéfices environnementaux.

De plus, la configuration du pack varie d’un constructeur à un autre. Cela complique la prise en charge du reconditionnement par un tiers. Pour pallier cela, Entech est parvenu en 2020, grâce à un financement de l’Ademe dans le cadre du Programme d’investissements d’avenir (PIA), à créer CSV. Ce module de stockage stationnaire est adaptable à différents types de batteries en seconde vie et prend en compte leur état de santé à l’instant T. Comment fonctionnet- il ? Une architecture à deux niveaux – un convertisseur par batterie puis un global – permet d’administrer les packs de façon indépendante puis l’injection sur le réseau. Même structure pour les logiciels de management. Ceux disposés sur les batteries permettent de gérer les aspects sécurité et remontées d’informations (tension, fréquence etc.). Puis, un autre en couche supérieure pilote le cyclage des packs et à terme l’accueil des logiciels nécessaires, pour le service réseau par exemple. « Nos tests ont été concluants mais pour l’instant l’offre en batterie de seconde vie des constructeurs est encore disparate. Pour certains, elle est bien établie, pour d’autres le business modèle est encore en cours de réflexion », expose Sophie Molina.

Entre le recyclage et la seconde vie, il est possible de remplacer des éléments du pack. Pour la mobilité légère, les vélos et trottinettes électriques, la start-up Gouach a mis au point une batterie aux cellules facilement remplaçables lorsqu’elles sont usagées. « C’est encore loin d’être possible à ce niveau dans l’automobile où la tendance est à des packs de plus en plus denses avec des composants collés ou soudés, donc non démontables », explique Sébastien Abdelnour, chargé de missions au Club Stockage d’énergies de l’ATEE. La filière tente tout de même de réutiliser les modules récupérables. Dans leur projet ABR lancé en 2022, Entech, Stellantis, l’Université Bretagne Sud (IRDL) et l’entreprise d’insertion Talendi mettent actuellement en place un protocole pour trier les batteries en fin de vie. Dans ce cadre, ils récupèrent certains modules pour les réutiliser dans de nouvelles armoires.

Un usage stationnaire pertinent ?

Les solutions de stockage seconde vie pourraient donc couvrir une large part des besoins du marché stationnaire. « Selon une étude McKinsey, les batteries de seconde vie disponibles en 2030 pourraient atteindre une capacité de 140 GWh. En parallèle, le marché du stockage stationnaire, pour répondre aux besoins réseaux, est également en constante augmentation. Il devrait atteindre, en 2030, 160 GWh/an selon une évaluation du département de l’Énergie américain », analyse Sophie Molina. « Toutefois, il ne faut pas oublier que le marché le plus important est celui du transport électrique, avec une demande en batteries qui pourrait dépasser les 2 000 GWh à l’horizon 2030 », insiste Sébastien Patoux. Ainsi, des techniques destinées à allonger leur durée de vie sont en cours de développement. PowerUp, une start-up créée par des anciens du CEA, travaille par exemple sur un procédé de chargeurs intelligents. Les bénéfices des batteries de seconde vie sont donc reconnus. Toutefois, les systèmes seconde vie vont inévitablement subir la concurrence des batteries neuves dont les prix ne cessent de baisser.

Renforcer le recyclage, deuxième point d’action
Après sa seconde vie, la batterie suivra de toute façon le chemin déjà défriché du recyclage. Une obligation qui devrait être renforcée. Le projet de règlement européen actuellement en discussion propose en effet de passer d’un seuil impératif de recyclage de 50 % de la batterie lithium-ion à 70 % en 2030, avec un point d’étape à 65 % en 2025. Comme l’explique Sébastien Patoux, « aujourd’hui, nous serions capables de recycler près de 100 % d’une batterie mais pour des raisons essentiellement économiques, ce n’est pas envisageable à court-moyen terme ». Pour augmenter la disponibilité de matériaux critiques sur le sol européen, et donc développer des « mines urbaines », la Commission européenne a également proposé des taux de récupération des matériaux critiques (95 % pour le cobalt, le nickel et le cuivre, 70 % pour le lithium).