Dans le monde de demain, celui des transports décarbonés, les batteries destinées à alimenter les voitures électriques vont jouer un rôle majeur. Face à la demande exponentielle de batteries destinées à alimenter les voitures électriques, cette poudre composée de métaux comme le lithium, le cobalt et le nickel, est en train de devenir une marchandise à part entière.
La « black mass » ou masse noire est le matériau obtenu après le recyclage des batteries électriques au lithium-ion en fin de vie. C’est une poudre noire obtenue après avoir broyé et chauffé les cellules permettant de stocker des électrons. Ce processus vise à récupérer les métaux précieux et autres composants valorisables contenus dans les batteries, tels que le lithium, le nickel, le cobalt et le manganèse.
En effet, cette poudre noire est composée de métaux de grande valeur, notamment comme du nickel, du cobalt, du manganèse, du cuivre, du lithium et du graphite. Une fois extraits et récupérés, ces métaux peuvent être analysés et recyclés pour produire de nouvelles batteries.
Le matériau déchiqueté est ensuite traité pour produire ce qu’on appelle la « masse noire », qui représente environ 40 à 50 % du poids total d’une batterie de véhicule électrique.
La black mass est généralement stockée en big bags. Le black mass est une poudre hautement toxique (risque CMR). Les particules sont très fines et sont très volatiles. Lorsque qu’il est question de déchargement, de transfert et de chargement du blackmass, les équipements doivent être conçus de manière à éviter toute émission de poussières dans l'atmosphère afin de protéger les opérateurs contre les risques de contamination.
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La valorisation de batteries est un enjeu fondamental car elle permet de réduire le besoin d’extraire de nouveaux matériaux, soutenant l’économie circulaire en transformant les déchets en ressources. Rappelons que la fabrication des batteries est un processus énergivore puisque les composants proviennent de l’extraction minière, et les matières premières doivent être transportées à travers le monde en amont de l’assemblage et de la vente.
Aujourd’hui, les batteries sont produites à plus de 75 % en Chine, à partir de quantités considérables de métaux spéciaux, qui risquent de se raréfier. Dans ce contexte, leur recyclage suscite un intérêt croissant chez les Occidentaux. L’accès aux composants pour fabriquer des batteries pose en outre des problèmes de souveraineté, notamment avec la Chine, principal producteur mondial. Pour sortir de cette dépendance, développer la filière du recyclage est particulièrement stratégique.
Selon l’ONG Transport et Environnent, citée par l’AFP, la valorisation de batteries en fin de vie, ou mises au rebut par les producteurs, pourrait permettre de couvrir « entre 8 et 12 % au moins des besoins en métaux critiques » en Europe en 2030 et « entre 12 et 14 % en 2035 ».
Parallèlement, les institutions européennes ont récemment adopté des règles visant à rendre les batteries plus durables et plus facilement recyclables. Fin 2022, le Parlement européen a en effet fixé des objectifs de recyclage obligatoire pour certaines matières premières : 90 % du cobalt et du nickel et 50 % du lithium contenus dans les batteries de voitures électriques devront être récupérés à partir de 2027, et respectivement 95 % et 80 % en 2031. De quoi encourager les acteurs du secteur à développer ce mode de valorisation des déchets.
Ainsi, d’ici 2030, au moins 70 % du poids des batteries au lithium devra être recyclé.
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Dans un contexte de ralentissement du marché des véhicules électriques en Europe, une partie des entreprises ayant investi dans le recyclage des batteries lève le pied. Entre activités gelées et partenariats qui n’aboutissent pas, la ruée vers le recyclage des batteries semble se prendre les pieds dans le tapis.
Le recyclage des batteries reste encore très coûteux. Pour l’heure, la plupart des projets actuels sont encore en phase pilote. Et pour que cette filière se développe, il faut aussi attendre qu’il y ait suffisamment de voitures électriques en fin de vie. Une affaire probablement de quelques années encore.
Une bonne nouvelle pour les consommateurs, mais pas pour les entreprises qui se sont lancées tôt sur le sujet de la récupération de matières issues de batteries en fin de vie. "L’essentiel du marché et du besoin en recyclage n’est pas encore là, dû à des volumes insuffisants.
Actuellement, la longévité d’une batterie d’un véhicule électrique est estimée entre dix et vingt ans.
Un marché qui ne prend pas encore mais qui fait aussi face à une instabilité technologique. Aujourd’hui, il existe plusieurs types de batteries dont la composition diffère.
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"Jusqu’ici, les constructeurs européens favorisent les NMC. En contenant du nickel, ce type de batteries a une valeur élevée incitant au recyclage. En revanche, en ce qui concerne les LFP, qui risquent d’afficher une plus grande part de marché à terme, car elles sont moins chères à produire, il n’y a pas de valeur car il n’y a pas de nickel ni de cobalt, ce qui est moins intéressant à revendre", précise Thomas Weber, directeur général et partenaire au BCG.
La technique traditionnelle pour le recyclage des batteries au lithium-ion est la pyrométallurgie. Son principe est simple, puisqu’il consiste à faire fondre la « black mass » à haute température pour générer un alliage métallique réutilisable, tout en éliminant les impuretés. L’extraction et la fusion des métaux par pyrolyse et fonte (jusqu’à 1 475 °C) permet d’isoler le cobalt, le cuivre et le nickel efficacement.
Pour ces raisons, la tendance actuelle est de recourir plutôt à l’hydrométallurgie. Moins énergivore, cette méthode se base sur des réactions chimiques servant à isoler les métaux au sein de la « black mass » pour mieux les récupérer. Considérée comme moins polluante, l’hydrométallurgie demande de dissoudre la poudre noire, puis d’isoler les métaux sous une forme purifiée.
Une troisième technique, encore en développement, pourrait permettre de simplifier ces processus et donc de réduire le coût de recyclage de batterie au lithium. Il s’agit du recyclage direct des matériaux, permettant d’atteindre une plus grande efficacité pour le traitement des batteries NMC (nickel-manganèse-cobalt). Il consiste à réduire les étapes précédentes en préservant l’intégrité des matériaux.
Ces méthodes évolutives doivent contribuer à améliorer le recyclage des batteries à l’avenir, conformément aux objectifs fixés par le règlement EU 2023/1542.
Cette poudre active, la black mass, mélange de matériaux de cathode et d’anode, est composée de nombreux métaux tels que le cuivre, le manganèse, le cadmium, le lithium, le cobalt… Elle contient des oxydes métalliques valorisables. "Le recyclage en Europe contribuera à l’autonomie européenne pour l'approvisionnement en matériaux stratégiques. À défaut de disposer de mines naturelles suffisantes, l’usine de recyclage sera la mine urbaine de demain. Tout ceci contribuera aussi à réindustrialiser la France et à gagner en souveraineté", met en avant un porte‑parole du groupe Orano.
Naturellement, ce produit détient une forte valeur sur les marchés au point qu’il est régulièrement présenté comme un nouvel "or noir". "S’il est possible de trouver du lithium un peu partout en Europe, ce n’est pas le cas du nickel ou du cobalt. Ces métaux ne se trouvent que dans les batteries des véhicules électriques sur le Vieux Continent, ce qui en fait une ressource capitale pour des questions de souveraineté. Derrière le recyclage des batteries, il y a donc aussi un enjeu de souveraineté économique.
Si Stellantis se désengage de la coentreprise avec Orano, le groupe, lui, poursuit ses recherches sur le recyclage. "Nous sommes confiants même si de nombreuses étapes restent à franchir dans les mois et années à venir et que cette industrie du véhicule électrique en Europe doit encore gagner en maturité sur beaucoup d’aspects - compétitivité, réglementaire, financement, etc. -. Notre priorité vise à avancer sur le projet d’usine de CAM pour alimenter les gigafactories européennes.
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