de 400 Millions USD est actuellement à l'étude pour produire annuellement 20 000 tonnes équivalent carbonate de lithium en Argentine à compter de 2021.

Pourtant le cours du carbonate de Lithium a fortement augmenté en 2017 avec un quasi doublement en 1 an.

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>**Fig 19** : Evolution du cours du carbonate de Lithium – source statista.com</figcaption></figure>

Après être monté à près de 18 000 USD/T en début d'année, le cours du carbonate de Lithium est retombé à 13 000 USD/T en Aout 2018 et reste relativement stable depuis.

La volatilité des cours du carbonate de Lithium semble donc alimentée par de la spéculation et évoluer au gré des annonces des acteurs de la production qui constituent actuellement un oligopole. En effet, 3 acteurs FMC, Albermale (Etat-Unis) et SQM (Chili) détiennent 50 % de parts de marché et 40 % supplémentaires sont détenues par des entreprises chinoises. A l'avenir, la concentration géographique des réserves, celle des acteurs de la production et celle des marchés utilisateurs (la Chine dominante très largement le marché des VEH) rendent le cours du Lithium principalement dépendant de facteurs géopolitiques.

Enfin, seul 1% du Lithium est actuellement recyclé... cette source d'approvisionnement est donc au moins à moyen terme un facteur négligeable pour le marché global du Lithium.

## 2.5.2 Le Nickel

Les quantités de nickel utilisées dans la fabrication de batteries sont beaucoup plus importantes que celles de Lithium. La technologie NMC (Nickel/Manganèse/Cobalt) s'imposant de plus en plus sur les batteries Li-ion, la demande en Nickel a tendance à s'accroitre. D'autant plus qu'au sein de la technologie NMC, le pourcentage de nickel a également tendance à augmenter (De 33 % sur les premières technologies NMC-111, à 80 % sur les dernières technologies NMC-811).

Bien que le Nickel ne soit pas considéré comme un métal critique par l'union européenne, il préoccupe les constructeurs de batteries du fait de l'importante volatilité de ses cours.

Il coûtait 5000 USD/tonne au début des années 2000, 10000 USD/t en 2002, 15000 USD/t en 2005.
2005. Il a culminé à 50000 USD/t en 2007 avant de subir les effets de la crise de 2008.
Le prix du Nickel a fluctué depuis entre 27 000 et 9 000 USD/tonne (en 2017). Il est actuellement autour de 13 000 USD/ tonne.
Cependant, cette volatilité n'est pas liée au marché des batteries électriques qui absorbent moins de 5 % de la production mondiale de Nickel.

Au-delà de quelques inquiétudes justifiées sur les capacités d'exploitation, la très forte poussée de 2005/2006 est avant tout le fruit d'une forte spéculation<sup>74</sup> sur un potentiel déséquilibre entre l'offre et la demande.

Les décisions des états ont également une forte influence sur les cours. Ainsi le cours a subi une poussée à la hausse à près de 20 000 USD / T en 2014 lorsque l'Indonésie a mis en œuvre des restrictions à l'exportation afin d'encourager le développement de sa filière aval. Si cette politique a effectivement permis de développer le raffinage en Indonésie (avec l'aide notamment d'investissements chinois), les difficultés des entreprises minières et l'état des finances publiques ont finalement conduit le pays à renoncer à une large partie de ces mesures. En 2016, les cours du Nickel<sup>75</sup> avait rechuté.

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>**Fig. 20** : Evolution des cours du nickel – Source A3M</figcaption></figure>

Outre l'Indonésie, les Philippines (1er producteur mondial avec 20 % de parts de marché), le Canada, l'Australie, la Russie et la France (Nouvelle Calédonie) sont les principaux producteurs mondiaux de Nickel avec des parts de marché oscillant autour de 10 % chacun.<sup>76</sup>

En se basant sur les capacités de fabrication de batteries Li-ion (Voir fig 13, Chap 1.5) annoncées en 2021 (incluant les prévisions d'investissement), soit environ 280 GWh, et en faisant des projections sur le type de technologies utilisées (50 % pour les batteries NMC-622, 35% pour les NMC-111 et 15 % pour les NCA), la société française OFI Asset Management propose une estimation des besoins en Nickel dans les années à venir<sup>77</sup>.

<footnote n="74">74 http://news.goldseek.com/GoldSeek/1183932000.php</footnote>

<footnote n="75">75 « Indonesia Eases Export Ban on Nickel Ore, Bauxite », Reuters 12 Janvier 2017</footnote>

<footnote n="76">76 La transition énergétique face au défi des métaux critiques – Etude de l'IFRI (Gilles LEPESANT – Janvier 2018)</footnote>

<footnote n="77">77 https://www.ofi-am.fr/support/voiture-electrique-quel-impact-sur-la-demande-de-metaux-5a995d8498029#metaux</footnote>
Cette approche, bien qu'imparfaite car elle considère que la technologie LFP sera négligeable alors qu'elle reste utilisée actuellement pas les constructeurs Chinois notamment pour les bus électriques et elle considère que les capacités de production seront utilisées à leur maximum, permet d'évaluer la demande **maximale** de Nickel à l'horizon 2021.

Pour le secteur des VEH, cette demande passerait ainsi de 22 000 tonnes en 2017 à 158 000 tonnes en 2021. A cet horizon, tout million de véhicule électrique supplémentaire générerait un surcroît de demande de 34 000 tonnes de Nickel, ceci en raison de la généralisation des types de batteries à haute teneur en Nickel.

Sachant que la production annuelle de Nickel est actuellement d'environ 2 Mi de tonnes, même en ne prenant en compte que la production de Nickel de Classe 1 (seul adapté pour la fabrication de batteries) qui représente 40 % de la production mondiale, la hausse de la demande représente 8,75 % / an sur ce segment.

Considérant que la production de Nickel de classe 1 restera probablement stable sur les années à venir (au regard des projets d'investissements miniers), on pourrait assister à une éventuelle hausse des cours. Celle-ci entrainerait un rapide ajustement de la demande par des effets de substitution. Par exemple, le Nickel est aujourd'hui utilisé en décoration pour le placage de certains objets. La demande, estimée pour cette activité à 130 000 tonnes en 2016, pourrait ainsi totalement disparaître au profit de l'utilisation d'autres solutions moins onéreuses.

Le Nickel est déjà un des métaux les plus recyclés au travers du recyclage des ferrailles qui en contiennent. En Europe on recycle environ 300 000 T de Nickel chaque année à partir de 3 Millions de tonnes de ferrailles (en moyenne dans l'union européenne, les ferrailles contiennent 10% de Nickel)<fnref n="78" />. Aux Etats Unis 90 000 T de Nickel sont recyclées (soit 39 % de la consommation annuelle américaine)<fnref n="79" />.

Les réserves de Nickel sont actuellement estimées à 74 Mi de tonnes pour les gisements conventionnels (130 Mi de tonnes pour les ressources correspondant à une teneur > 1 % et 174 Mi de tonnes en tenant compte d'une teneur > 0,5 %).

En conclusion, sauf apparition d'éventuels facteurs géopolitiques, il ne devrait pas y avoir de problème d'approvisionnement sur le Nickel, même si l'ajustement entre offre et demande devrait générer une hausse sur les années à venir.

### 2.5.3 Le Cobalt

Le Cobalt est un matériau indispensable à la constitution des batteries de véhicules électriques. Si les nouvelles générations de batteries (LFP, NCA, NMC) en utilisent moins que les premières (LCO), il reste néanmoins un produit incontournable même sur les technologies les plus récentes.

Les batteries portables utilisent encore largement la technologie LCO même si on observe une migration vers le NMC qui lui-même évolue vers des compositions de moins en moins riches en Cobalt (et de plus en plus riche en Nickel).

Les batteries de VEH utilisent de plus en plus des technologies à forte teneur en nickel telles que NCA (utilisé par TESLA) et NMC (utilisée de plus en plus par la plupart des constructeurs automobiles).

<footnote n="78">⁷⁸ Le nickel dans l'Union Européenne (Nickel Institute) - https://www.nickelinstitute.org/~/media/Files/MediaCenter/NilnEU/NICKEL EUROPE FR FINAL.ashx</footnote>

<footnote n="79">⁷⁹ Données USGS -2018</footnote>
En parallèle, la technologie LFP reste utilisée par les constructeurs automobiles chinois et en particulier pour les batteries de bus électriques. Mais le gouvernement ayant annoncé en Décembre 2016, sa volonté de modifier sa politique de subventions aux bus électriques afin de soutenir le développement de batteries de meilleure qualité, cela devrait jouer en faveur du NMC au détriment du LFP<fnref n="80" />.

Le secteur des batteries reste le premier utilisateur de Cobalt puisqu'il absorbe déjà près de 50 % de la production mondiale et continue à progresser. Les fabricants de cathode recherchent généralement des produits intermédiaires du cobalt (sous forme d'hydroxyde – Co(OH)₂ - ou de sulfate – CoSO₄). Ce marché des intermédiaires est en forte croissance avec un mécanisme de fixation des prix qui reste opaque. Pour y remédier, le LME prévoit d'ouvrir une cotation sur ces intermédiaires du Cobalt (aujourd'hui seul le Cobalt métal est coté au LME).

Après une flambée des cours en 2007 qui avait porté le Cobalt à 50 000 USD/tonne, le cours du métal était ensuite retombé et naviguait jusqu'en 2016 entre 15 000 et 35 000 USD/tonne. Les cours ont triplé entre 2016 et début 2018 (22 000 USD/T en 01/2016 et 96 000 USD/T en 01/2018). Après une stabilisation autour de 60 000 USD/tonne au second semestre 2018, les cours chutent à nouveau depuis début 2019 (il est actuellement sous la barre des 30 000 USD/tonne).

A ce prix, près de 50 % des producteurs (exploitants miniers) ont des couts d'exploitation qui ne permettent pas d'être rentable<fnref n="81" /> (Source BRGM – décembre 2018).

Le risque potentiel sur la ressource ainsi que la volatilité des cours du Cobalt est un risque majeur identifié par les industriels depuis plusieurs années. C'est une des motivations pour le développement des technologies Li-ion à forte teneur en Nickel qui ont également démontré la possibilité d'améliorer la densité d'énergie.

La production de Cobalt est très concentrée géographiquement. Avec 66 000 tonnes de Cobalt produites en 2016, la République Démocratique du Congo devance largement la Chine (7 700 tonnes), le Canada (7 300 tonnes) et la Russie (6 200 tonnes). La France est présente dans le Top 10 grâce à la Nouvelle-Calédonie, neuvième producteur mondial avec 3 300 tonnes en 2016.

La RDC détient également 50 % des réserves mondiales évaluées à un peu plus de 7 Mi de tonnes (USGS – 2018)

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Fig. 21 : Production de cobalt par pays</figcaption></figure>

<footnote n="80">⁸⁰ https://www.spglobal.com/platts/en/market-insights/latest-news/metals/120417-cobalt-prices-seen-rising-sharply-as-deficit-balloons-bmo</footnote>

<footnote n="81">⁸¹ http://www.mineralinfo.fr/ecomine/structure-traditionnelle-marche-cobalt-bouleversee-besoins-mobilite-electrique</footnote>
Cette situation entraine un risque relativement important dû à l'instabilité politique de la RDC mais aussi à sa volonté d'augmenter les taxes sur l'export de ce métal stratégique et éventuellement de court-circuiter les intermédiaires miniers (Glencore, CMOC...etc) en renationalisant les mines.

Les utilisateurs font également face à un risque d'image, les conditions d'extraction du Cobalt en RDC étant régulièrement dénoncées, notamment dans le dernier rapport Amnesty International<fnref n="82" />. Ce rapport documente les abus en matière de droits de l'homme dans l'extraction artisanale de Cobalt en RDC et souligne en évaluant les actions de 27 industriels (fabricants de cathode, de batteries, de produits électroniques, de VEH) le manque de traçabilité et de contrôle sur les sources d'approvisionnement de nombre d'entre eux.

Cette concentration est aussi industrielle puisque Glencore, 1re producteur mondial représente 35 % de la production avec 39 000 T en 2017, et China Molybedenum & Co Ltd (CMOC), deuxième producteur mondial représente 15 % du marché avec 16 500 tonnes.

Un autre facteur de risque est lié au fait que le Cobalt est un sous-produit de l'extraction d'autres minerais et en particulier le Nickel et le Cuivre. Or le cours de ces métaux reste actuellement sous pression alors que le Cobalt ne représente que 7% des revenus des producteurs de Nickel et 2% des revenus des producteurs de Cuivre. Cette situation ne favorise pas de nouveaux investissements.<fnref n="83" />

CMOC prévoit une demande totale de 112 000 T en 2018 (toutes industries confondues) et une croissance moyenne de 9% jusqu'en 2023⁸⁴ principalement tirée par les VEH.

On peut donc craindre des tensions sur le Cobalt et de nombreux analystes financiers anticipent une hausse des cours dans les années à venir. Face aux enjeux de volumes et d'éthique, de nombreux grands acteurs industriels tentent de sécuriser des accords d'approvisionnement avec les groupes miniers.

Par exemple, GEM<fnref n="85" /> le fournisseur chinois de CATL (fabricant de batteries) a signé un contrat avec Glencore pour acheter 1/3 de sa production sur 3 ans – sous forme d'hydroxyde de Cobalt (13 800 T en 2018 / 18 000 T en 2019 et 21000 T en 2020). De leurs coté, APPLE (les smartphones représentent aujourd'hui 25 % de la consommation mondiale de Cobalt – source Usine Nouvelle), mais aussi BMW, Volkswagen, ou encore Samsung ont entamé en 2018 des négociations avec Glencore également.

Pour pallier un possible déficit en Cobalt, le recyclage peut apporter des solutions. Cependant, au regard de la durée de vie des batteries, il faudra encore attendre quelques années pour que les quantités de Cobalt issues du recyclage puisse réellement peser significativement sur le marché.

En conclusion, le Cobalt est probablement le métal qui fait peser le plus d'incertitudes pour le développement des batteries Li-ion. En effet avec une production et des réserves très concentrées géographiquement dans une zone dont la stabilité politique est incertaine et le respect de normes sociales et environnementales est régulièrement questionné, la stabilité des approvisionnements pourrait être difficile à assurer. A cela s'ajoute le fait que le Cobalt est rarement un métal extrait seul, ce qui rend le développement de son extraction tributaire d'autres secteurs d'activité. Enfin, compte tenu de la durée de vie des batteries, le recyclage n'est pas une solution à court terme.

<footnote n="82">⁸² "This is What We Die For": Human Rights Abuses in the Democratic Republic of the Congo Power the Global Trade in Cobalt https://amnestyfr.cdn.prismic.io/amnestyfr%2F4db89ef9-168e-458f-9ff4-02d4fb280a03_time+to+recharge+report.pdf</footnote>

<footnote n="83">⁸³ La transition énergétique face au défi des métaux critiques – Etude de l'IFRI (Gilles LEPESANT – Janvier 2018)</footnote>

<footnote n="84">⁸⁴ CMOC Annual report 2017 - http://www.chinamoly.com/06invest/DOC/2018/E_03993_04207.pdf</footnote>

<footnote n="85">⁸⁵ L'entreprise chinoise GEM est à la fois un fabricant de cathodes et le plus important recycleur de batteries en Chine</footnote>
### 2.5.4 Conclusion sur le cout et la disponibilité des métaux

Au regard des réserves, de l'évolution des besoins et des capacités de production actuelles, il n'y a pas de raison immédiate de craindre des tensions en ce qui concerne l'approvisionnement des métaux utilisés pour la fabrication des batteries, sauf dans le cas du Cobalt dont la disponibilité n'est pas assurée à court et moyen terme.

Cependant, cela ne permet pas de conclure avec certitude ni sur les prix, ni sur la disponibilité effective de ces métaux dans les années à venir. En effet, sur des marchés relativement faibles en volumes tels que celui du Lithium, des fonds spéculatifs ont la capacité d'acquérir des quantités physiques suffisamment importantes pour peser sur les cours.

De plus, la géographie des réserves et des zones de production étant relativement concentrée, des facteurs géopolitiques peuvent rapidement influer sur le niveau production.

Enfin, de nombreuses incertitudes demeurent sur l'évolution de la demande (marché des VEH et plus généralement de la mobilité individuelle), l'évolution des réglementations environnementales, l'opposition des populations locales (concernant l'extraction).

Les seules certitudes restent que les ressources métalliques sont finies et que le recyclage, même adossé à des politiques volontaristes ne saurait répondre à court terme à un déficit d'approvisionnement du fait de la durée de vie des batteries. A plus long terme, le développement des activités de recyclage peut potentiellement représenter un apport important sur le marché du Cobalt (et dans une moindre mesure celui du Lithium, sous réserve que l'augmentation des cours permettent de rentabiliser sa récupération)

On peut souligner toutefois que l'impact du cours des matières premières sur le cout final des batteries reste limité (voir ci-dessous)

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>**Fig. 22** : Impact de la fluctuation du prix des métaux sur le cout total d'un pack de batterie NMC (111)</figcaption></figure>

Source: Bloomberg New Energy Finance Note (2017) : NMC chemistry modelled here is NMC (111). NMC battery pack cost is $223/kWh
# 3 Les procédés de recyclage des batteries

## 3.1 Introduction

Dans cette partie, nous aborderons les procédés de recyclage qui concernent les batteries Ni-Cd, Ni-MH, et plus en détail encore le Li-ion. Ce sont ces technologies qui sont les plus utilisées actuellement et le resteront à moyen terme.

Le marché du Ni-MH et du Ni-Cd restant relativement stable sur les années à venir et les procédés de recyclage étant éprouvés, nous les aborderons rapidement.

En revanche, les enjeux sont très importants en ce qui concerne la technologie Li-ion dont les volumes en fin de vie vont connaitre une croissance rapide dans les années à venir. Ceci justifie que la partie finale de notre étude (les procédés de recyclage et ensuite la partie prospective) se focalise sur cette technologie.

Le recyclage des batteries Li-Po ne sera pas abordé de manière spécifique, ce type de batteries étant recyclé indifféremment dans le flux de batteries Li-ion.

Nous verrons également que les procédés de traitement des batteries Ni-MH sont similaires aux procédés Li-ion (hors LFP) et passent par les mêmes installations. Et ceci reste valable de manière générale pour toutes les batteries à base nickel (notamment les batteries Zebra au Sodium-Chlorure de Nickel) en dehors du Ni-Cd qui est traité de manière spécifique.

Nous ne reviendrons pas sur les procédés de recyclage qui concernent les autres types de batteries ou de stockages chimiques alternatifs. En effet, à ce jour aucun d'entre eux n'a dépassé le stade du laboratoire et nous les avons abordés rapidement dans les parties précédentes.

* Na-S en 1.2.5.5

* Piles à hydrogène en 1.2.6.1

* Batteries à circulation en 1.2.6.2

* Supercondensateurs en 1.2.6.1

* Batteries LMP en 2.3.1

Enfin, nous n'aborderons pas le recyclage des batteries du futur de type Métal-Air, X-ion (hors Lithium) et Li-S. En effet, ces batteries ne seront pas commercialisées avant plusieurs années (si elles sont commercialisées un jour...) et la question de leur recyclage ne se posera pas avant 2040 au mieux.

## 3.2 Généralités sur les procédés de recyclage des batteries

L'objectif des procédés de recyclage est de séparer les constituants en différentes fractions qui pourront être réintroduites dans un processus de production, en traitant les fractions dangereuses et en minimisant les déchets de process (effluents, émissions), la consommation d'énergie et les couts.

Sur le plan technique, les procédés de traitement des batteries font pour la plupart d'entre eux appel aux méthodes traditionnelles d'extraction des métaux développées à l'origine par les industries minières et d'affinage de métaux. Il s'agit de traitement par voie pyro-métallurgique et/ou hydro-métallurgique, souvent connus et bien maitrisés par les industriels. Les recycleurs reprennent ces méthodes et les adaptent à un flux entrant de batteries qui engendre des problèmes spécifiques liés à la sécurité (instabilité des électrolytes) et à l'élimination de certaines impuretés qui peuvent altérer l'efficacité des procédés hydro-métallurgiques notamment. De ce fait, si les procédés de recyclage
des batteries apportent des nouveautés, c'est plutôt dans les opérations amont de préparation des flux de matières (principalement des procédés mécaniques) que dans les phases d'extraction des métaux.

A l'issue de ces procédés, on obtient des métaux purs, des sels de métaux, des alliages qui sont revendus et des résidus (scories) qui sont la plupart du temps non valorisés.

De manière originale, certaines entreprises proposent des procédés principalement mécaniques, de « valorisation directe » permettant de séparer les matières actives d'une batterie (électrolyte, cathode, anode) et de les régénérer pour servir à la fabrication de batteries neuves. Dans une perspective d'économie circulaire, cette approche semble offrir un potentiel intéressant du fait de son faible impact environnemental mais ces procédés restent encore à l'état expérimental (par exemple On To Technology aux Etats-Unis).

Cependant, un recyclage en boucle fermée des matières constitutives des principaux éléments de batteries (électrolyte, cathode et anode) est un objectif difficile à atteindre du fait de l'exigence de pureté requis pour les matières actives entrant dans la composition des batteries. Il est d'autant plus difficile que le mix entrant peut fortement varier du fait de la diversité des compositions des batteries, en particulier la composition des cathodes des batteries Li-ion. Enfin, le recyclage en boucle fermée n'est pas forcément le but recherché par les industriels qui peuvent trouver une équation économique plus favorable avec des procédés moins couteux qui produisent des fractions moins pures mais valorisables sur le marché en boucle ouverte.

Avant d'aborder les généralités sur ces différents types de procédés, n'oublions pas qu'un procédé de recyclage dans son ensemble, intègre des opérations en amont du traitement : la séparation des flux et la préparation au traitement.

## 3.3 Les principales étapes des procédés de recyclage des batteries

### 3.3.1 Séparation des flux

Avant les opérations de traitement, une phase de séparation des batteries en fonction de leur chimie est indispensable.

Il s'agit à minima de séparer les flux non compatibles pour des raisons industrielles (par exemple les procédés de traitement du Ni-Cd ou du Plomb sont spécifiques et différents de celui des batteries Ni-MH ou Li-ion), et/ou parfois pour des raisons réglementaires car les centres de traitement de batteries n'ont pas toujours une autorisation pour accepter toutes les chimies de batteries.

Mais il peut aussi être intéressant de séparer les batteries destinées à un même procédé de traitement (séparer Ni-MH et Li-ion, séparer les Li-ion entre elles en fonction de la composition de la cathode). En effet, l'homogénéisation et la maitrise de la composition matière du flux entrant permettent d'améliorer le rendement et de réduire les couts de procédés puisqu'on peut optimiser la quantité de réactifs et d'énergie utilisée pour le recyclage. Cependant, comme la composition des cathodes n'est pas spécifiée sur les batteries, cette séparation peut s'avérer problématique.

Si le flux entrant n'est pas homogène, la technologie de recyclage doit alors être suffisamment robuste et tolérante pour traiter des batteries de natures chimiques différentes, ce qui est le cas des procédés reposant sur la voie pyro-métallurgique. A l'opposé, le rendement et la sélectivité des procédés hydro-métallurgiques seront rapidement pénalisés face à un mix entrant non maitrisé.

On retrouve ici un principe universel de la gestion des déchets, plus le tri est réalisé en amont et plus le recyclage pourra être potentiellement performant et le coût des procédés réduit.
### 3.3.2 Préparation ou prétraitement

Avant la phase de traitement proprement dite, une phase de préparation (ou prétraitement) est nécessaire dans la plupart des cas. Cette phase de préparation sera variable en fonction du procédé ultérieur. Elle est minimisée en amont des procédés pyro-métallurgiques. En revanche elle sera plus importante en amont des procédés hydro-métallurgiques dans le but de préparer une « black mass » concentrant les matières actives des électrodes avec le moins d'impuretés possibles.

Ce prétraitement a pour but de préparer les batteries à leur prise en charge ultérieure et ceci dans des conditions garanties de sécurité pour les opérateurs et les installations.

On intègre aussi dans cette phase de préparation, toutes les opérations devant être réalisées dans la perspective d'une seconde vie pour la batterie ou dans la perspective de valorisation directe d'une partie de la batterie (régénération des électrodes, récupération de l'électrolyte...etc), ou dans la perspective d'un traitement ultérieur par pyro et/ou hydrométallurgie.

Cette phase de prétraitement pourra donc inclure :

1. Les tests et la décharge des batteries :

* Détection du niveau de charge / diagnostic éléments par éléments.

* Décharge des batteries qui pourra se faire à travers une résistance ou dans un bain au sein d'un liquide à forte conductivité (solution de NaCl, $CaCO_3$, HCL...etc)$^{86}$.

2. Les opérations liées à la seconde vie (réutilisation/ réemploi) :

* Démontage, récupération des cellules en état de fonctionnement.

* Réassemblage dans une nouvelle configuration et assemblage avec un nouveau BMS (réutilisation).

* Remplacement des cellules défectueuses dans une configuration identique (réemploi).

3. Les opérations manuelles et/ou mécaniques de préparation aux traitements pyro et/ou hydro-métallurgiques :

a. Démantèlement des batteries :

i. Séparation des éléments extérieurs (BMS, casing) le cas échéant par démantèlement manuel ou automatisé.

ii. Démantèlement de la batterie à l'échelle des packs ou des cellules (opérations manuelles, mécanisées ou par chocs électromagnétiques).

b. Préparation aux traitements :

i. Broyage. Les opérations de broyage des cellules se feront généralement dans un environnement inerte et sec - CO2, Azote, Argon, Helium - ou cryogénique (pour éviter les réactions violentes du lithium à l'eau et la dissipation de solvants organiques fortement inflammables).

ii. Dissolution du PVDF par un solvant organique pour détacher les matières actives des électrodes de leurs collecteurs en utilisant de Nmethylpyrrolidone (NMP) – méthode efficace mais couteuse (prix élevé et toxicité du NMP)$^{87}$.

<footnote>$^{86}$ A noter que cette deuxième option, mentionnée par la littérature présente deux problèmes pratiques majeurs : les batteries étant le plus souvent étanches, l'immersion est inefficace. De plus une telle immersion rend très compliquée la suite des opérations de démontage et de séparation (du fait de la corrosion engendrée)</footnote>

<footnote>$^{87}$ Cette méthode est plusieurs fois mentionné dans la littérature mais ne fait pas l'objet d'une mise en œuvre industrielle.</footnote>
iii. Séparation mécanique (tamisage, tri densimétrique, tri magnétique, courants de foucault, tri aérauliques...) des plastiques, métaux ferreux, Al et Cu des collecteurs, etc ... qui sont autant d'impuretés pour les procédés hydro-métallurgiques.

iv. Traitements thermiques préalables :

1. Décomposition des matières organiques (liant PVDF, solvants organiques, plastiques...) par calcination ou pyrolyse.

2. Oxydation du carbone.

3. Epuration des fumées.

Les prétraitements seront plus ou moins poussés en fonction de l'objectif final des procédés de recyclage. De manière générale, les procédés hydro-métallurgiques ou de « valorisation directe » (dont le but est de produire des fractions pures éventuellement réutilisables pour la fabrication de nouvelles batteries) intégreront des opérations de prétraitement plus complexes dans le but d'éliminer un maximum d'impuretés. On considère ici comme impureté, tout ce qui n'est pas constitutif de la matière active des électrodes. Il s'agit donc des solvants, matières organiques (liants, séparateurs), collecteurs en aluminium ou cuivre... etc

Aujourd'hui, le démantèlement des batteries se fait encore manuellement. Les progrès en matière de robotique et d'intelligence artificielle laissent envisager la possibilité d'automatiser un jour, le démantèlement jusqu'à isoler les cathodes. Le broyage des cathodes plutôt que des cellules complètes permettrait d'obtenir des fractions plus pures. Mais l'automatisation du démantèlement exige un flux entrant relativement uniforme et une standardisation des designs, or les batteries de VEH présentent aujourd'hui une trop grande variété de conception aussi bien dans leur forme que dans leur composition.

Le démantèlement par chocs électromagnétiques consiste à créer un arc électrique au sein d'un fluide qui provoque une séparation aux interfaces de matière. Cette technologie, déjà envisagée dans le domaine de la valorisation des DEEE est portée notamment par la société Allemande IMPULSTEC mais reste encore à l'état de pilote industriel.

### 3.3.3 Procédé de valorisation directe

Plutôt que de récupérer des alliages métalliques (par pyro-métallurgie) ou des éléments métalliques (par hydrométallurgie) la valorisation directe consiste à récupérer l'électrolyte et les matières actives des électrodes en un composé utilisable directement pour la fabrication de nouvelles électrodes. Cette méthode encore au stade de l'expérimentation présente en théorie un réel avantage environnemental (moindre consommation d'énergie, faible émission, peu de déchets issus du process).

Aux Etats-Unis, la société OnTo technology travaille sur cette approche avec la volonté de régénérer la matière active des cathodes et anodes constituant les batteries Li-ion dans une logique d'économie circulaire et en s'appuyant uniquement sur des procédés mécaniques de tri/séparation. Le procédé requiert un flux d'entrée très homogène et donc une sélection des batteries en fonction de leur composition (De tels procédés ne peuvent pas fonctionner sur des technologies Li-ion en mélange)

### 3.3.4 Procédés Pyro-métallurgiques

Les procédés pyro-métallurgiques sont tolérants sur la nature du mix entrant qui pourra être relativement hétérogène.
Ils utilisent les fractions organiques des batteries (plastiques-séparateur, électrolyte et anode en graphite) comme source de carbone dans le processus de réduction thermique ce qui permet de limiter l'apport en énergie. Le fait de ne pas récupérer les fractions organiques, limite le rendement de recyclage de tels procédés.

Les produits obtenus sont des alliages contenant du Cobalt, du Nickel, du Cuivre, du Fer et du Manganèse, en fonction de la nature du flux entrant de batteries. Ces alliages pourront éventuellement être valorisés directement dans l'industrie sidérurgique (ou la fabrication de superalliages) ou subir un traitement complémentaire par des procédés hydro-métallurgiques permettant de séparer les métaux constitutifs de manière sélective.

Les terres rares, le calcium, l'aluminium, une partie du manganèse et le lithium se retrouvent dans les scories.

Un des inconvénients des procédés pyro-métallurgiques réside dans le traitement des gaz émis lors du traitement (H₂, composés halogénés, dioxines, furanes...) qui est complexe et énergivore. En outre, les composés obtenus en sortie de procédés ne sont pas aussi purs que par voie hydro-métallurgique (sauf dans le cas d'une distillation comme pour le cadmium des batteries Ni-Cd). Enfin ils génèrent un résidu (les scories) dont la valorisation renvoie à des procédés hydro-métallurgiques couteux.

### 3.3.5 Procédés Hydro-métallurgiques

Les procédés d'hydrométallurgie consistent à récupérer les métaux de manière sélective.

Ils sont mis en œuvre sur la fraction fine (blackmass) obtenue après tri, démantèlement, broyage des accumulateurs et prétraitement pour éliminer les impuretés pouvant nuire à leur rendement et à leur sélectivité.

Ils peuvent aussi concerner le traitement complémentaire des alliages, ou des scories obtenues par voie pyro-métallurgique pour en extraire les métaux de manière sélective.

Ils comportent plusieurs étapes :

* Mise en solution des différents métaux par lixiviation à l'aide d'un réactif. Ce réactif est le plus souvent un acide (principalement l'acide sulfurique, mais aussi des acides organiques tels que l'acide citrique, l'acide malique... moins impactant pour l'environnement...). Mais on pourra également utiliser un oxydant (chlore, peroxyde d'hydrogène) ou un composé ammoniacal.

* Séparation de phases (solide/liquide) par décantation/filtration ou par flottation,

* Purification et concentration (précipitation du fer et de l'aluminium, cémentation du cuivre, extraction par solvant du Co, Ni, Mn ...),

* Récupération des différents métaux (par électrolyse ou précipitation) y compris le lithium.

La figure ci-dessous est un résumé des différentes méthodes utilisées en hydrométallurgie pour le recyclage de batteries Ni-MH et Li-ion.
<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>**Fig 23** : Méthodes et réactifs utilisables dans les procédés hydro-métallurgiques de recyclage des batteries Li-ion et Ni-MH<sup>88</sup></figcaption></figure>

L'efficacité de la lixiviation dépend de nombreux paramètres : le type d'acide utilisé, sa concentration, la température, le pH, le temps de réaction, l'agitation, la granulométrie et le ratio solide/liquide. A noter que moins le métal est soluble et plus il faut baisser le pH (et donc augmenter la concentration d'acide). Le Cobalt étant le métal le moins soluble, c'est lui qui détermine généralement la concentration d'acide.

Une filtration permet de récupérer le graphite ainsi que les autres impuretés n'ayant pas été dissoutes.
La fraction obtenue est valorisable.

Le Cuivre doit absolument être écarté de la solution avant extraction du Co, Ni et Mn. Sinon l'extraction perdra en sélectivité et impactera négativement la pureté des composés.

A noter que la qualité du carbonate de Lithium en fin de procédé dépend de l'efficacité des procédés précédents.

L'avantage de l'hydrométallurgie est que les procédés se déroulent à des T° proches de la température ambiante et ne produisent pas de dégagement gazeux.

Cependant les procédés thermiques et mécaniques sont généralement plus économiques que les procédés hydro-métallurgiques qui enchainent de nombreuses opérations visant à réduire les niveaux d'impuretés, nécessitent une forte consommation d'eau et de réactifs, et génèrent des effluents.

Les traitements hydro-métallurgiques viennent souvent compléter les procédés pyro-métallurgiques pour améliorer la pureté des matières.

<footnote n="88"><sup>88</sup> Development of a Highly Efficient Hydrometallurgical Recycling Process for Automotive Li-Ion Batteries</footnote>

<footnote>- Honggang Wang et Bernd Friedrich (J. Sustain. Metall. (Avril 2015) 1:168-178 - DOI 10.1007/s40831-015-0016-6</footnote>
## 3.4 Comparaison des procédés de recyclage et impacts environnementaux

Le tableau ci-dessous résume les avantages et les inconvénients des différentes familles de procédés.

A noter que les procédés pyro et hydro-métallurgiques sont des procédés éprouvés et utilisés à échelle industrielle alors que la valorisation directe n'est encore qu'à l'état expérimental et son efficacité à échelle industrielle reste à démontrer.

<table><caption>**Tab 8** : Avantages et inconvénients des différentes familles de procédés de recyclage des batteries</caption><thead><tr><td></td><td>Avantages</td><td>Inconvénients</td></tr></thead><tbody><tr><td>Valorisation directe (Échelle pilote industriel)</td><td><ul><li>Pas d'altération de la composition matière</li></ul></td><td><ul><li>Forte consommation d'énergie</li><li>Risques d'explosions, incendies</li><li>Très sensible aux flux entrants</li><li>Traitement des poussières</li></ul></td></tr><tr><td>Hydrométallurgie (Échelle industrielle)</td><td><ul><li>Faible consommation d'énergie</li><li>Faibles émissions (poussières / gaz)</li><li>Bon rendement de recyclage</li><li>Qualité des fractions récupérées</li></ul></td><td><ul><li>Complexité des procédés</li><li>Gestion des effluents</li><li>Très sensible aux flux entrants</li></ul></td></tr><tr><td>Pyro-métallurgie (Échelle industrielle)</td><td><ul><li>Simplicité des procédés</li><li>Tolérance des procédés</li><li>Hétérogénéité du flux entrant</li></ul></td><td><ul><li>Pas de valorisation du lithium</li><li>Pas de récupération des fractions organiques</li><li>Forte consommation d'énergie</li><li>Gestion des émissions</li></ul></td></tr></tbody></table>

Le manque de données de la part des recycleurs de batteries ne permet pas de comparer les impacts environnementaux des procédés un à un. En revanche, les travaux réalisés en particulier par Anna Boyden<fnref n="89" /> et Jan Engel<fnref n="90" /> permettent de comparer les impacts selon les familles de procédés.

Ils montrent notamment que les procédés hydro-métallurgiques ont un impact environnemental près de deux fois plus important que les procédés pyro-métallurgiques au regard des émissions de gaz à effets de serre (hors collecte). Ceci étant dû principalement à l'impact environnemental lié à l'élimination des effluents. Les deux auteurs arrivent à ces conclusions mais soulignent eux-aussi leurs difficultés face aux réponses lacunaires obtenues auprès des recycleurs en dépit de l'anonymisation de leurs travaux.

Au regard de la toxicité pour les humains et pour l'environnement, les familles de procédés ont un impact comparable.

Ils soulignent également que les rendements de recyclage peuvent fortement varier en fonction des procédés. Ils visent tous à récupérer les fractions métalliques, la différence se fait sur les autres

<footnote n="89">⁸⁹ The environmental impact of recycling Li-ion portable batteries (Thèse Anna Boyden – Australian National University – Décembre 2014)</footnote>

<footnote n="90">⁹⁰ Development perspectives on Li-ion recycling processes for VEH batteries (Jan Engel, University of Rhode Islands – 2016)</footnote>
fractions et notamment l'électrolyte et les fractions plastiques (qui représentent ensemble entre 25 et 35 % en poids des batteries). Bien entendu, ce sont les procédés mécaniques de valorisation directe qui sont potentiellement les plus performants alors que les procédés pyro-métallurgiques sont les moins performants.

## 3.5 Les procédés de recyclage des batteries Ni-Cd

La filière de recyclage des batteries Ni-Cd est spécifique, elle n'est pas compatible avec les autres chimies.

Il existe 2 types de traitement pour les batteries Ni-Cd :

* Par distillation (SNAM, SAFT-NIFE, Accurec, Inmetco, Nippon Recycle Center Corp, KOBAR)

* Par hydrométallurgie (Eurodieuze)

Les batteries de types portables sont traitées directement. Pour les batteries de grande taille, il est envisageable de passer par une étape de démantèlement manuel afin de séparer les cathodes en oxyde de nickel qui pourront être alors traitées séparément.

### 3.5.1 Traitement par distillation

Le cadmium ayant un point d'ébullition relativement pas, il peut être distillé dans un cadre industriel.

Après récupération de l'électrolyte, cassage puis séparation des boitiers (plastique et métal), les batteries sont broyées puis pyrolysées (décomposition des matières organiques) à 500°C.

Elles sont ensuite chauffés à 900°C pour vaporiser le Cadmium ($T^{\circ}_{\text{eb Cd}} = 767^{\circ}\text{C}$ // $T^{\circ}_{\text{eb Ni}} = 2730^{\circ}\text{C}$). Cette étape est réalisée dans une atmosphère réductrice (monoxyde de carbone ou mélange d'azote et d'hydrogène) afin de réduire les oxydes métalliques (y compris le nickel). Pour cela, on ajoute généralement du charbon ou du coke dès l'étape de préparation.

Réduction de l'oxyde de cadmium en présence de monoxyde de carbone :

$$CdO_{(s)} + CO_{(g)} \rightarrow Cd_{(g)} + CO_{2(g)} \text{ ou } CdO_{(s)} + H_{2(g)} \rightarrow Cd_{(g)} + H_{2}O_{(g)}$$

Les vapeurs de Cadmium sont ensuite condensées et le métal liquide coulé en lingotière. Le cadmium obtenu, d'une pureté de 99,99 % est revendu sous forme de lingots et valorisé en boucle fermée dans l'industrie des accumulateurs Ni-Cd.

Le résidu qui est un alliage de ferro-nickel est réutilisé comme matière première en fonderie pour la production d'aciers inoxydables ou spéciaux.

### 3.5.2 Traitement par hydrométallurgie

En France, Eurodieuze est le seul acteur à utiliser une méthode hydro-métallurgique pour le traitement des batteries Ni-Cd. En Europe, il ne semble pas exister d'autres acteurs utilisant un tel procédé.

Les accumulateurs sont broyés avant séparation mécanique des composants. La poudre obtenue lors du broyage (Black Mass), est passée sur un tamis vibrant. Une séparation physique est réalisée pour éliminer les copeaux ferreux (over-band magnétique), les non-ferreux (courant de Foucault), et les plastiques.

La Black Mass est ensuite lixivée avec de l'acide sulfurique.
Le cadmium est ensuite précipité sous forme de carbonate ($CdCO_3$) par addition de $Na_2CO_3$ puis le nickel est récupéré sous la forme d'hydroxyde de nickel ($Ni(OH)_2$) par addition de soude.
La précipitation a l'avantage d'être peu couteuse mais limite la pureté des produits obtenus du fait de problèmes de coprécipitation (du fer et du nickel en particulier).

Ce procédé permet de récupérer le cadmium avec un rendement et une pureté légèrement inférieure à la distillation (environ 98 %). Ce niveau de pureté est difficilement compatible avec une réutilisation en boucle fermée.

D'autres méthodes de séparation sélective pourraient être utilisées telles que l'électrolyse ou encore une extraction par solvant mais elles sont plus couteuses.

## 3.6 Les procédés de recyclage des batteries Ni-MH

Le recyclage des batteries Ni-MH présente un intérêt économique du fait de leur teneur en Nickel, Cobalt et en terres rares. Là encore, leur recyclage peut se faire par voie pyro-métallurgique et/ou hydro-métallurgique.

### 3.6.1 Procédés pyro-métallurgiques

Ces procédés sont notamment utilisés par Umicore, SNAM, Sumitomo, Accurec, Inmetco et Glencore. Généralement ils traitent aussi bien les batteries Ni-MH que les batteries Li-ion (hors LFP) et plus largement ils peuvent prendre en charge tous les types de batteries à base de nickel telles que les batteries Ni-Fe, Ni-H$_2$, Ni-Zn... mais surtout les batteries Sodium/chlorure de Nickel (Batteries Zebra), qui ont été utilisées au début des années 2000 pour des VEH. Inmetco aux USA et la SNAM en France recyclent ces batteries (environ 25 T traitées par SNAM en 2017).

Après une phase de démantèlement, complétée dans certains cas par une phase de broyage des cellules, les matières sont introduites dans un four de fusion (Umicore), ou de calcination à 1000°C (Sumitomo) ou un four à pyrolyse. Dans tous les cas, les matières organiques (électrolytes, solvants, plastiques) sont éliminées et participent à l'apport d'énergie et à la réduction des oxydes métalliques.

Après ces opérations, on obtient un alliage de cobalt, nickel, cuivre, fer qui peut ensuite être valorisé directement par la sidérurgie ou traité par voie hydro-métallurgique pour en extraire les métaux de manière sélective (le cuivre, le fer, puis le cobalt et le nickel).

Le lithium, l'aluminium, et les terres rares se retrouvent dans les scories. Ces scories peuvent éventuellement être traitées ensuite par voie hydro-métallurgique pour récupérer notamment les terres rares (Solvay) et le Lithium.

### 3.6.2 Procédés hydro-métallurgiques

Certains acteurs (Retriev technologie ou Eurodieuze) mettent en œuvre des procédés strictement hydro-métallurgiques.

Après une phase de démantèlement manuel, les batteries sont broyées sous atmosphère neutre (pour éviter les risques liés au dégagement d'hydrogène). L'électrolyte est récupéré puis neutralisé, le broyat subit ensuite des étapes de séparation mécanique similaires à la phase de prétraitement des batteries Ni-Cd. Le résidu obtenu (Black Mass) est ensuite lixivié par un acide (généralement de
l'acide sulfurique, plus rarement de l'acide chlorhydrique) qui permet de dissoudre le Nickel, le Cobalt et les terres rares.<fnref n="91" />

La suite du procédé consiste à extraire de manière sélective les métaux en solution. Pour cela on pourra utiliser différentes méthodes : l'extraction par solvant et/ou électrolyse et/ou précipitation

L'entreprise Sumitomo récupère les terres rares par une électrolyse en sels fondus du mélange d'oxydes de terres rares. La récupération est de 80 % des terres rares initiales, présentant par ailleurs une pureté supérieure à 99 %, ce qui autorise leur réemploi comme matériau d'électrode pour de nouvelles batteries Ni-MH (recyclage en boucle fermée).

L'extraction par solvant ou extraction Liquide-Liquide permet le transfert d'un soluté initialement contenu dans une phase liquide vers une autre phase liquide non miscible. Plusieurs solvants sont classiquement utilisés dans les procédés de recyclage.

Le tableau ci-dessous résume les différents solvants utilisables et leur rendement

<table><caption>**Tab. 9** : taux de récupération des terres rares, Co et Ni par différents solvants<fnref n="92" /></caption><thead><tr><th>Leachate anion</th><th>REE (%)</th><th>Cobalt (%)</th><th>Nickel (%)</th><th>Extracting agent system</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="4">SO<sub>4</sub><sup>2-</sup></td><td>93,6</td><td>96</td><td>96</td><td>D2EHPA, Cyanex 272</td></tr><tr><td>97,8</td><td>98,1</td><td>98,1</td><td>D2EHPA, Cyanex 272</td></tr><tr><td>98,9</td><td>98,5</td><td>98,4</td><td>PC-88A</td></tr><tr><td>99,5</td><td>99,5</td><td>99,6</td><td>Quaternary ammonium salts</td></tr><tr><td rowspan="3">Cl<sup>-</sup></td><td>98</td><td>98</td><td>96</td><td>D2EHPA, TOA</td></tr><tr><td>98,9</td><td>93,6</td><td>97</td><td>TBP, Alamine 336, PC-88A</td></tr><tr><td>99,9</td><td>99</td><td>99</td><td>Cyanex 923</td></tr></tbody></table>

Une fois les métaux extraits par solvant, reste à récupérer ces métaux sous forme métallique (par électrolyse) ou sous forme d'oxyde métallique (par précipitation avec de l'acide oxalique en général)

## 3.7 Les procédés de recyclage des batteries Li-ion

Les batteries li-ion ne présentent pas de caractéristiques standardisées (Cf Annexe 6 pour la variété des technologies Li-ion). Elles peuvent différer par leur taille, la nature chimique des éléments constitutifs et surtout ceux des électrodes. Si elles ne sont pas triées, la technologie de recyclage doit être suffisamment robuste pour traiter des batteries de natures chimiques différentes, ce qui est le cas des procédés pyro-métallurgiques.

Face à un flux entrant non homogène, les procédés hydro-métallurgiques sont moins performants. D'une part ils entraînent une surconsommation de réactifs et d'énergie, d'autre part le rendement et la sélectivité dans la récupération des métaux sont pénalisés. Il est donc nécessaire de mettre en place une phase préalable de tri/séparation et une phase de prétraitement plus longue et plus complexe.

<footnote n="91">⁹¹ Pour les nombreuses combinaisons d'acide, temps de traitement, T° et rendement, cf la thèse de Philip Holmberg (Chalmers University of Technology - Sweden, 2017) http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/249441/249441.pdf</footnote>

<footnote n="92">⁹² Development of a Highly Efficient Hydrometallurgical Recycling Process for Automotive Li-Ion Batteries - Honggang Wang et Bernd Friedrich (J. Sustain. Metall. (Avril 2015) 1:168-178 - DOI 10.1007/s40831-015-0016-6</footnote>
### 3.7.1 Procédés pyro-métallurgiques

Les procédés pyro-métallurgiques pour le traitement des batteries Li-ion sont généralement les mêmes que ceux qui traitent les batteries Ni-MH. L'évolution des technologies Li-ion vers des cathodes à forte proportion de Nickel renforcera cette pratique dans les années à venir.

Les composés organiques (solvants, électrolytes, plastiques) sont utilisés comme source de carbone dans la phase de réduction thermique à l'issue de laquelle on obtient un alliage de Cuivre, Nickel, Cobalt, Fer et Manganèse. Cet alliage pourra ensuite être valorisé directement dans la sidérurgie ou être traité par voie hydro-métallurgique pour extraire les métaux de manière sélective.

On retrouve dans les scories (résidus du traitement thermique) l'Aluminium, le Lithium et une partie du Manganèse. Aujourd'hui, ces scories sont rarement valorisées. Elles pourraient l'être par voie hydro-métallurgique mais cette opération est actuellement trop couteuse.

### 3.7.2 Procédés hydro-métallurgiques

Les procédés hydro-métallurgiques ont l'avantage de pouvoir récupérer le Lithium. Ils sont mis en œuvre directement sur la blackmass après une phase de préparation (tri et séparation mécaniques) ou en complément des procédés pyro-métallurgiques pour récupérer de manière sélective les métaux au sein des alliages obtenus (principalement le Cobalt et le Nickel mais aussi le Manganèse).

Après une phase de lixiviation (acides forts, acides faibles ou composé ammoniacal), les métaux sont ensuite récupérés par différentes techniques (extraction par solvant et/ou électrolyse et/ou précipitation) sous forme de métaux ou de sels métalliques. On peut se reporter à nouveau à la figure 23 pour la diversité des méthodes et des réactifs utilisables.

Concernant l'extraction par solvant, on peut aussi se reporter au Tableau 9 pour les différentes possibilités. On pourra noter que le CYANEX 272, souvent utilisé comme agent d'extraction sélectif du Cobalt après lixiviation à l'acide sulfurique perd en efficacité dès lors que du Manganèse est présent dans la solution. Cette méthode sera donc moins performante sur les batteries Li-ion de type LMO ou NMC.

Les composés métalliques obtenus varient selon leur nature et leur pureté, ce qui conditionne leurs débouchés. Ils sont sous forme métallique ou sous forme de sels (carbonate, sulfate, oxyde, hydroxyde... de Nickel, de Cobalt, de Manganèse, de Lithium)

**Les procédés de recyclage des principaux acteurs du recyclage sont décrits en détail en ANNEXE 7.**

## 3.8 Quelques éléments concernant l'économie du recyclage des batteries Li-ion :

Comme toute activité économique, le recyclage des batteries est soumis à un impératif de rentabilité.

L'équation économique du recyclage dépend du cout d'exploitation (à noter que ce cout intègre de manière directe ou indirecte les couts de collecte, il peut être amélioré par des économies d'échelle ou l'amélioration du savoir-faire industriel) et du revenu obtenu par la revente des métaux récupérés (sous différentes formes). Cette équation économique varie notamment en fonction de la qualité des fractions obtenues en sortie de procédé, du cours des matières premières (métaux, énergie) et des réglementations environnementales (qui font peser des obligations et donc des coûts additionnels sur
les exploitants en fixant notamment des normes sur les rejets/émissions). Et, cette équation dépend éventuellement de la seconde vie qui peut être source de revenu.

Si le revenu issu de la revente des fractions obtenues n'est pas suffisant pour couvrir l'ensemble des couts et dégager une marge, alors le recyclage doit être financé. Il sera possible de facturer une prestation de recyclage dès lors que son prix reste inférieur à d'autres solutions alternatives (par exemple l'enfouissement s'il n'est pas interdit).

La composition chimique des batteries influe très fortement sur la rentabilité des procédés. Une publication de 2014⁹³ montre que la valeur potentielle des métaux contenus dans les cathodes de batteries Li-ion varie de 1 à 10 (860 USD/T pour les LMO à 8900 USD/T pour les LCO au moment de la publication).

Aujourd'hui, en dehors des batteries Ni-MH (fortes teneurs en Nickel, Cobalt et en terres rares) et des batteries Li-ion à forte teneur en Cobalt (LCO), le recyclage des autres types de batteries représente un coût. De plus, les technologies Li-ion en croissance (NMC et NCA) évoluent actuellement vers moins de Cobalt, ce qui réduira à terme les revenus issus du recyclage.

Quel que soit le procédé mis en œuvre, le cout de récupération du Lithium provenant de batteries en fin de vie reste supérieur au cout de production à partir de gisements naturels.

Actuellement on estime qu'à peine 5 % à 7 % du gisement mondial des batteries Li-ion en fin de vie est recyclé<fnref n="94" />. Dans ce contexte il apparaît impératif de mettre en œuvre des réglementations adéquates pour développer les activités de recyclage. Ces réglementations visent d'une part à interdire les solutions alternatives (et en particulier l'enfouissement) et d'autre part à organiser le financement des opérations (par l'intermédiaire d'une filière REP par exemple).

Le cout du recyclage devrait rester mesuré pour les technologies à forte teneur en Nickel qui domineront le marché à l'avenir. Une éventuelle augmentation des cours du Nickel, du Cobalt et du Lithium pourrait même à terme réduire les besoins de financement.

En revanche le cout du recyclage des technologies LMO et LFP, déjà élevé ne bénéficiera probablement pas d'une augmentation significative du cours des métaux contenus. Même si ces technologies auront tendance à disparaitre, les volumes commercialisés entre temps seront loin d'être anecdotiques. Il y a peu de chance qu'ils soient recyclés en l'absence d'une obligation réglementaire.

## 3.9 Les acteurs du recyclage de batteries

Les acteurs du recyclage de batteries se situent principalement en Europe, en Amérique du Nord, en Chine, au Japon, et en Corée du Sud.

<footnote n="93">⁹³ Wang, X., Gaustad, G., Babbitt, C.W., Richa, K., 2014. Economies of scale for future lithium-ion battery recycling infrastructure. Resour. Conserv. Recycl. 83, 53-62.</footnote>

<footnote n="94">⁹⁴ Estimation par le cabinet Schmuel De Leon Energy Ltd (présentation au congrès de Nice – Octobre 2018)</footnote>
# Principales caractéristiques des acteurs majeurs identifiés dans le domaine du recyclage des batteries

## (Localisation, capacités, types de procédés et nature des extrants)

<table><thead><tr><th rowspan="2">Installations qui recyclent des batteries</th><th rowspan="2">Niveau de développement</th><th colspan="7">Types de batteries</th><th rowspan="2">Capacité Totale / an (en T)</th><th rowspan="2">Capacité Li-ion/an (en T)</th><th rowspan="2">Type de procédés</th><th rowspan="2">Produits en sortie de procédés</th><th rowspan="2">Remarques</th></tr><tr><th>Pays</th><th>Ni-Cd</th><th>Ni-MH</th><th>Na-Ni (Zebra)</th><th>Li-ion</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="14" style="text-align: left; font-weight: bold;">EUROPE</td></tr><tr><td>Eurodieuze (Veolia)</td><td>Industriel</td><td>France</td><td>x</td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>5000</td><td>2000</td><td>Mécanique et hydro</td><td>Oxyde et hydroxyde de Cobalt, CoSO4</td><td></td></tr><tr><td>UMICORE</td><td>Industriel</td><td>Belgique</td><td></td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>7000</td><td>Pyro et hydro</td><td>Alliage Ni-Co-Cu (pyro) /// puis NiSO4 et CoSO4 (hydro)</td><td>Démantèlement à Hanau (All), pyro à Hoboken (Belg) et Hydro à Olen (Belg)</td></tr><tr><td>Accurec</td><td>Industriel</td><td>Allemagne</td><td>x</td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>7000</td><td>4000</td><td>Pyro</td><td>Ferro-Nickel, Aluminium et Cuivre (des collecteurs) et alliage cobalté</td><td>Valorisation sidérurgie, fonderie de cuivre, d'aluminium et super-alliages</td></tr><tr><td>SNAM</td><td>Industriel (pyro seulement)</td><td>France</td><td>x</td><td>x</td><td>x</td><td></td><td>x</td><td>7300</td><td>300</td><td>Pyro (hydro en cours) / seconde vie</td><td>Alliage cobalté</td><td></td></tr><tr><td>DUESENFELD (procédé LITHOREC II)</td><td>Industrialisation en cours</td><td>Allemagne</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>NC</td><td>Préparation mécanique pour hydro</td><td>Electrolyte, blackmass</td><td>Procédé hydro en projet pour production de Li2CO3, NiSO4, MnSO4 et CoSO4 - Actuellement, envoi vers affinage</td></tr><tr><td>REDUX (Saubermacher)</td><td>Industriel</td><td>Allemagne</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>10000</td><td>NC</td><td>Pyro + préparation hydro</td><td>Concentré de métaux de cathodes</td><td>Envoi vers affinage (Nickelhütte)</td></tr><tr><td>Akku Ser</td><td>Industriel</td><td>Finlande</td><td></td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>4000</td><td>NC</td><td>Préparation mécanique pour hydro</td><td>Blackmass Composés métalliques - LCO uniquement - NMC à partir de 2019</td><td>Envoi vers affinage</td></tr><tr><td>Sitrasa</td><td>Industriel</td><td>Espagne</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>NC</td><td>NC</td><td>NC</td><td>NC</td><td></td></tr><tr><td>Nickelhütte Aue</td><td>Industriel</td><td>Allemagne</td><td></td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>NC</td><td>hydro</td><td>NiSO4, CoSO4</td><td>Intègre des batteries mais aussi de nombreux concentrés de Nickel et Cobalt provenant d'autres recycleurs</td></tr><tr><td colspan="14" style="text-align: right; font-weight: bold;">TOTAL</td><td style="font-weight: bold;">&gt; 13300</td></tr><tr><td colspan="14" style="text-align: left; font-weight: bold;">ETATS-UNIS / CANADA</td></tr><tr><td>On To Technology</td><td>Pilote industriel</td><td>USA</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>Pilote</td><td></td><td>Mécanique (valorisation directe)</td><td>électrolyte, poudre de cathode</td><td></td></tr><tr><td>Immetco</td><td>Industriel</td><td>USA</td><td>x</td><td>x</td><td>x</td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>6000</td><td>Pyro</td><td>Alliage de Ni-Co-Fe</td><td>Valorisation en sidérurgie</td></tr><tr><td>KBI (Kinsbursky Brothers INTL)</td><td>Industriel</td><td>USA</td><td></td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>NC</td><td>NC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Recycling coordinators</td><td>Industriel</td><td>USA</td><td></td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>NC</td><td>Pyro</td><td>Alliage Ni/Co</td><td></td></tr><tr><td>Retriev Technologie (Ex- Toxco)</td><td>Industriel</td><td>Canada / USA</td><td>x</td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>3500</td><td>Mécanique puis hydro</td><td>Oxydes métalliques (Co, Ni) / Li2CO3 / Cu et Al (des collecteurs)</td><td>2 unités en exploitation</td></tr><tr><td>Glencore (Xstrata)</td><td>Industriel</td><td>Canada / USA</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>3000</td><td>Pyro et hydro</td><td>Alliages Ni-Co-Cu</td><td>Le procédé hydrométallurgique permet ensuite de produire un composé cobalté envoyé en Norvège (Glencore) pour production de Cobalt métallique par électrolyse</td></tr><tr><td colspan="14" style="text-align: right; font-weight: bold;">TOTAL</td><td style="font-weight: bold;">&gt; 12500</td></tr></tbody></table>
<table><thead><tr><th rowspan="2">Installations qui recyclent des batteries</th><th rowspan="2">Niveau de développement</th><th colspan="6">Types de batteries</th><th rowspan="2">Type de procédés</th><th rowspan="2">Produits en sortie de procédé</th><th rowspan="2">Remarques</th></tr><tr><th>Pays</th><th>Ni-Cd</th><th>Ni-MH</th><th>Na-Ni (Zebra)</th><th>Li-ion</th><th>Capacité Totale / an (en T)</th><th>Capacité Li-ion/an (en T)</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="11"><strong>CHINE / COREE Du SUD</strong></td></tr><tr><td>Bangpu Ni/Co High Tech Co</td><td>Industriel</td><td>Chine</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>3600</td><td>3600</td><td>Mécanique puis hydro</td><td>précurseurs cathode NMC</td><td>Bangpu est en premier lieu un fabricant de précurseurs pour cathodes</td></tr><tr><td>Green Eco-Manufacture Hi-Tech Co (GEM)</td><td>Industriel</td><td>Chine</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>20000</td><td>20000</td><td>Mécanique puis hydro</td><td>précurseurs cathode NMC (Co qualité batteries)</td><td>GEM exploite 5 plateformes de recyclage de batteries. Les procédés mis en oeuvre permettent de fermer la boucle. La quantité de matériaux cathodiques pour batteries Li-Ion produite par GEM représente 20 % du marché Chinois</td></tr><tr><td>BRUNP Recycling Technology Co</td><td>Industriel</td><td>Chine</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>6000</td><td>6000</td><td>Mécanique puis hydro</td><td>précurseurs cathode NMC</td><td>BRUNP est aussi un fabricant de précurseurs pour cathodes</td></tr><tr><td>TAISEN - RECYTECH</td><td>Industriel</td><td>Chine</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>6000</td><td>6000</td><td>Mécanique puis hydro</td><td>NiSO4, CoSO4 et Li2CO3 / précurseur cathode NMC</td><td>Le site de Recytech (Corée du Sud) produit une black mass (Co, Ni, Cu, Mn) par séparation mécanique. Le produit est ensuite traité par hydrométallurgie par Taisen (Chine) qui fabrique des précurseurs pour cathodes de batteries Li-ion depuis 2014</td></tr><tr><td>KOBAR</td><td>Industriel</td><td>Corée du Sud</td><td>x</td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>1000</td><td>NC</td><td>Pyro</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SungEel HiTech</td><td>Industriel</td><td>Corée du Sud</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>8000</td><td>8000</td><td>Mécanique puis hydro</td><td>Ni, Co métal et NiSO4 et CoSO4</td><td>Prévoit la construction d'une unite de 5000 T aux Etats-Unis en 2019</td></tr><tr><td>TES-AMM</td><td>Industriel</td><td>Singapour</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>1200</td><td>1200</td><td>Mécanique puis hydro</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="11">TOTAL > 44 800</td></tr><tr><td colspan="11"><strong>JAPON</strong></td></tr><tr><td>Nippon Tsuruga Recycle Co</td><td>Industriel</td><td>Japon</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>NC</td><td>Pyro et hydro</td><td>Ni, Co et concentrés de Ni et Co</td><td></td></tr><tr><td>Dowa Eco-system Co Ltd</td><td>Industriel</td><td>Japon</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>1200</td><td>1200</td><td>Pyro</td><td>Alliage Ni/Co</td><td></td></tr><tr><td>Sumitomo Metal Mining (SMM)</td><td>Industriel</td><td>Japon</td><td></td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>150</td><td>Pyro et hydro</td><td>Alliage Co-Ni-Fe après pyro puis CoO et NiSO4 après hydro</td><td>La pyrométallurgie est réalisée sur le site de Saijo (spécialisé dans le raffinage du cuivre). L'hydrométallurgie est réalisée sur le site de Niihama spécialisé dans l'affinage du Nickel - boucle fermée pour le Nickel qui est réutilisé dans la fabrication de batteries.</td></tr><tr><td>Nippon Recycle Center Corp</td><td>Industriel</td><td>Japon</td><td>x</td><td>x</td><td></td><td></td><td>x</td><td>5000</td><td>2000</td><td>Pyro</td><td>Alliages pour la sidérurgie</td><td></td></tr><tr><td>4R Energy Corporation (Sumitomo/Nissan)</td><td>Pilote</td><td>Japon</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>x</td><td>NC</td><td>NC</td><td>Seconde vie</td><td></td><td>Dédié au réemploi de batteries de NISSAN LEAF</td></tr><tr><td colspan="11">TOTAL > 3350</td></tr></tbody></table>
Dans la typologie d'acteurs identifiés, on trouve des entreprises ayant des activités minières ou dans la métallurgie extractive et qui peuvent intégrer des batteries en fin de vie dans leur flux entrant sur des installations non dédiées au recyclage des batteries. C'est le cas de Glencore (Ex-Xstrata), en Amérique du Nord ou Sumitomo<fnref n="95" /> Metal Mining au Japon qui ont des activités dans l'extraction de Nickel. Ces acteurs sont actuellement capables de traiter des batteries Li-ion et Ni-MH en mélange par voie pyro-métallurgique, suivi éventuellement d'un traitement hydro-métallurgique.

On trouve également des entreprises de recyclage ayant acquis un savoir-faire dans le traitement de déchets de l'industrie (boues contenant des métaux, catalyseurs usagés, pigments...etc). C'est le cas de l'entreprise allemande Nickelhütte Aue GmBH qui traite aujourd'hui des batteries Ni-MH et Li-ion ou sert d'exutoire à des acteurs du recyclage qui préparent une blackmass riche en Cobalt pour un traitement hydro-métallurgique. C'est le cas par exemple de Recupyl avant sa cessation d'activité ou encore de la société Redux en Allemagne.

Les premières installations dédiées au recyclage de batteries ont été généralement déployées en Europe et au Japon suite aux réglementations mises en œuvre (filière REP) garantissant un financement et un flux suffisant de batteries en fin de vie pour permettre à des acteurs privés d'investir sur des procédés de recyclage.

On trouve dans ce groupe d'acteur des entreprises qui opèrent depuis plusieurs années et qui gèrent des flux de batteries diversifiés (En Europe Accurec, Eurodieuze...), ou qui se constituent pour répondre spécifiquement à l'augmentation des flux de batteries Li-ion en fin de vie (On To Technology aux Etats-Unis).

Certains acteurs ont développé des procédés dédiés au recyclage de batteries en se basant sur des compétences historiques. C'est le cas d'Umicore (ex Union minière) en Belgique (aussi implanté en Chine), qui était jusqu'en 1990 un acteur significatif dans l'exploitation de mines de zinc avant de réorienter ses activités vers le recyclage de métaux à forte valeur et la production entre autres, de matières actives pour cathodes Li-ion.

Enfin, on assiste à une intégration du recyclage par des fabricants de cathodes ou de précurseurs de matière active pour cathodes. C'est le projet par exemple de l'entreprise canadienne Nemaska Lithium (production d'hydroxyde et de carbonate de Lithium pour les fabricants de cellules LFP à partir de minerai - spodumène) qui souhaite développer un procédé de recyclage. Mais c'est surtout en Chine qu'on observe cette intégration avec des entreprises comme GEM (Green Eco Manufacture High-Tech Co), ou encore Bangpu Ni/Co High Tech Co spécialisées dans la préparation de Nickel et Cobalt pour les fabricants de batteries. En Chine toujours, on observe des volontés d'intégration encore plus large avec un fabricant tel que BYD (fabricant de batteries et de VEH) qui annonce vouloir construire une usine de recyclage de batteries.

Certains acteurs agissent encore en bout de chaine, sur des points très spécifiques. C'est par exemple le cas de Solvay qui récupère les terres rares dans les scories produites par Umicore (pyro métallurgie des batteries Ni-MH). Mais on considère qu'ils sont en dehors du périmètre de l'étude.

Ainsi on peut classer les acteurs du recyclage de batteries (Li-ion et Ni-MH) en 3 grandes catégories :

- Des acteurs « amont » (miniers, métallurgistes) qui, par opportunité, intègrent des batteries en fin de vie dans leurs flux entrants (minerais, concentrés de métaux). Ils utilisent des procédés pyro-métallurgiques (et pour certains un affinage par voie hydro-métallurgique), n'ont pas la capacité de prendre en charge l'ensemble des flux à venir et pourraient encore être limités si les réglementations en matière de recyclage des batteries

<footnote n="95">⁹⁵ SUMITOMO Mining exploite des gisements de Nickel aux Philippines et produit du Cobalt et des sels de Cobalt dans deux affineries situés au Japon.</footnote>
se durcissent (concernant le rendement de recyclage et/ou l'obligation de récupération de métaux spécifiques tels que le lithium par exemple).

- Des **acteurs « aval » de la chaine de fabrication des batteries Li-ion** (affineurs, fabricants de précurseurs, fabricants de cathodes... et jusqu'au fabricants de VEH) qui intègrent le recyclage en amont de leur process. En effet, ces acteurs maitrisent les procédés hydro-métallurgiques d'affinage des métaux et l'intégration du recyclage en amont de leur procédé permet de sécuriser leur approvisionnement sur les plans quantitatif et qualitatif.

- Des **« pure players » du recyclage de batteries** avec des procédés plus ou moins élaborés et qui produisent des matières de qualités variables pouvant être valorisées en boucle ouverte ou potentiellement en boucle fermée (après reprise et affinage complémentaire par des intermédiaires). Pour cette catégorie d'acteurs, l'enjeu stratégique est de s'assurer des débouchés pérennes avec des niveaux de prix qui rentabilisent leur process. Dans cette optique, il n'y a pas obligatoirement un intérêt à fermer la boucle de recyclage (en produisant des composés métalliques de qualité « grade batterie ») tant qu'il existe des débouchés pour des extrants de moindre qualité (c'est le cas aujourd'hui pour les alliages de Cobalt et de Nickel). Ces acteurs, en forte compétition en Europe sont particulièrement discrets sur la nature et la qualité de leurs extrants ainsi que leurs exutoires.

## 3.10 Recyclage des batteries Li-ion et stratégie des acteurs

Le recyclage des batteries Li-ion est un enchainement d'opérations parfois complexes et faisant appel à des savoir-faire divers.

Ces savoir-faire sont issus des secteurs du recyclage (collecte, tri, séparation des flux et des matières), des assembleurs et intégrateurs de batteries (test, décharge, potentiel de réemploi, matériaux constitutifs), et de la métallurgie extractive (procédés de traitement pyro et hydro-métallurgiques).

En ce qui concerne le recyclage des batteries Li-ion issus de VEH, on peut schématiser l'enchainement des opérations de recyclage ainsi :

### Les étapes préalables au recyclage matière

<figure><img src="image_25.png" /></figure>
<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>**Fig 24** : Enchainement des opérations de recyclage des batteries Li-ion</figcaption></figure>

### Les options stratégiques pour les différents acteurs diffèrent en fonction des zones géographiques qui offrent des contextes réglementaires et industriels différents.

La plupart des « pure players » sont basés en Europe et au Japon. Ils se sont développés dans le cadre de la mise en place des filières à responsabilité élargie des producteurs. Ils prennent en charge des flux en mélange, principalement de type « portables », en assurent le tri et la séparation et traitent souvent plusieurs types de batteries (Li-ion, Ni-Cd, Ni-MH... mais aussi des piles).

En général, ces acteurs mettent en œuvre des procédés mécaniques et/ou pyro-métallurgiques, la plupart du temps limités à de la pyrolyse/calcination, plus rarement de la fusion. La fusion permet de produire un alliage Ni/Co (pouvant aussi contenir du Cu, Fe, Mn en fonction du mix entrant) qui peut être valorisé directement en sidérurgie (fabrication d'aciers spéciaux et superalliages). Les procédés de pyrolyse/calcination et ou séparation mécanique visent à concentrer les matières actives de la cathode et produire une black mass qui pourra ensuite être valorisée par hydrométallurgie.

Actuellement, même si nombre d'entre eux prétendent fermer la boucle de recyclage, en réalité ils sont peu nombreux à mettre en œuvre des procédés hydro-métallurgiques. (Eurodieuze, SNAM en projet, Duesenfeld en développement...) Et quand c'est le cas, il est quasiment impossible de savoir si la qualité des produits en sortie est suffisante (« grade batterie ») pour une valorisation en boucle fermée car ils ne communiquent pas sur leurs exutoires.

En pratique la plupart des « pure players » s'appuient sur des prestataires extérieurs, spécialisés dans l'affinage des métaux, notamment le Cobalt et le Nickel (tels que Nickelhütte Aue ou Umicore) qui mettent en œuvre des procédés hydro-métallurgiques. Ces procédés préexistants ne sont pas dédiés et peuvent intégrer d'autres déchets (catalyseurs, boues industrielles chargées en métaux...etc) ou produits (concentrés de métaux issus d'activités minières).
<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>**Fig 25** : Positionnement des acteurs du recyclage de batteries par rapport à la chaine de fabrication des batteries Li-ion (voir le même schéma en annexe 8)</figcaption></figure>

Ce sont ces affineurs de métaux qui, en fonction de la nature/qualité des intrants et de leurs procédés d'affinage, orientent la boucle de recyclage : boucle fermée en direction des fabricants de précurseurs pour batteries ou boucle ouverte vers d'autre secteurs industriels. Avec la possibilité de sélectionner en partie leurs intrants et d'orienter la boucle de recyclage (en fonction des opportunités sur le marché aval), les affineurs occupent un maillon stratégique dans la chaine de recyclage.

Pour les « pure-players », la question se pose de leur dépendance vis à vis de ces exutoires dont la pérennité n'est pas garantie : Peuvent-ils continuer à dépendre des affineurs pour la valorisation de leurs extrants ? Doivent-ils investir sur des procédés plus performants pour produire des MPS de meilleure qualité (Li, Ni, Co sous forme d'oxyde, hydroxyde, mais surtout sulfate ou carbonate...) valorisables notamment auprès de fabricants de précurseurs de cathodes ? et ainsi supprimer un intermédiaire et « avancer » sur la chaine de valeur ?

Au regard des incertitudes sur le prix et la disponibilité des matières premières, l'évolution de la chimie des batteries, les évolutions réglementaires et la stratégie des autres acteurs, les « pure players » sont actuellement plutôt dans une phase d'attente et d'observation. En effet, les procédés hydro-métallurgiques nécessitent de lourds investissements et des couts opérationnels importants dont la rentabilité est difficile à apprécier dans le contexte actuel, même si on peut prévoir une demande
croissante en matières actives pour cathode (notamment en sulfate de Cobalt et en Nickel haute pureté). De plus, ces procédés exigent de sélectionner les intrants alors que ces acteurs se positionnent souvent sur des flux variés. La question de l'affinage est donc aussi liée à celle de la spécialisation sur un flux particulier de batteries, versus généraliste. Leur savoir-faire peut aussi tout simplement trouver sa place en amont sur les métiers spécifiques aux recycleurs, la collecte, le tri et le démantèlement.

Contrairement aux Etats-Unis ou à la Chine, les sociétés minières en Europe restent des acteurs marginaux du recyclage des batteries (même si ERAMET – acteur majeur sur le Nickel, le Manganèse et le Cobalt - recycle des piles au travers de sa filiale VALDI, ou que l'entreprise BOLIDEN en Suède – Cuivre / Zinc / Nickel - s'intéresse au recyclage des batteries Li-ion). En effet, l'industrie européenne qui exploite peu de ressources minières domestiques a peu d'installation sur le continent. A l'image d'UMICORE (depuis 1990), des acteurs historiques se sont déjà convertis au moins en partie à l'affinage de métaux et au recyclage (DEEE et autres déchets contenant des métaux à forte valeur). De plus, les exigences réglementaires en Europe (autorisations d'exploiter, limitation des émissions, rendement de recyclage) permettent difficilement aux fonderies de réaliser un recyclage des batteries (Li-ion, Ni-MH) en conformité sans modification des procédés existants.

En revanche aux Etats-Unis on peut voir des acteurs miniers investir le créneau du recyclage à l'instar de Glencore (production de Nickel, alliages Ni-Cu-Co, concentrés de Cobalt, intermédiaires cobaltés sous forme de d'hydroxyde, carbonate, sulfate) ou l'entreprise American Manganese Inc qui annonce le démarrage d'une unité de recyclage de batteries Li-ion de VEH pour 2019. Ou encore l'entreprise Nemaska Lithium Inc.<fnref n="96" /> (Canada) qui dans le cadre de la construction d'une usine de production d'hydroxyde et de carbonate de lithium à partir de concentré de spodumène (silicate de Li et Al) prévoit d'intégrer des batteries en fin de vie dans ses flux entrants.

Au Japon, il existe des pure players (Nippon Recycling Center) qui ont émergé dans le sillage de la réglementation, mais aussi un acteur minier majeur (Sumitomo Metal Mining) qui après avoir investi dans la fabrication de cathodes pour batteries Li-ion et Ni-Mh, intègre maintenant les activités de recyclage.

Aux Etats-Unis et en Chine, les réglementations moins contraignantes qu'en Europe ou au Japon n'ont pas permis en général, le développement d'acteurs spécialisés dans le recyclage des batteries Li-ion issus de VEH (c'est moins vrai pour le Ni-MH dont le recyclage reste rentable).

Mais dès lors que les quantités de batteries de VEH en fin de vie augmentent, les enjeux liés à la protection de l'environnement et à la récupération de métaux stratégiques prennent de l'importance et obligent à considérer le recyclage comme une nécessité. Dans ce contexte, ce sont les acteurs de la chaine de fabrication des batteries qui investissent naturellement le créneau. Soit parce qu'ils ont déjà un savoir-faire industriel (sociétés minières, affineurs de métaux en amont de la chaine), soit parce qu'ils souhaitent sécuriser leurs approvisionnements (en aval : fabricants de précurseurs, fabricants de cathodes, fabricants de batteries, de VEH). Pour la Chine, ce mouvement est également encouragé par le gouvernement qui impose aux fabricants de VEH de structurer une filière de collecte et de recyclage des batteries en fin de vie.

De manière générale, dans toutes les zones géographiques étudiées, les constructeurs de VEH se positionnent directement ou au travers de partenariats sur la problématique du recyclage. Au-delà de l'obligation qui leur est faite (injonction gouvernementale en Chine, réglementation REP en Europe et au Japon), les constructeurs y voient probablement la possibilité de sécuriser partiellement un approvisionnement en matières premières mais c'est aussi le potentiel de réemploi / réutilisation qui semble les intéresser.

<footnote n="96">⁹⁶ Nemaska Lithium Inc développe au Québec un des plus importants gisements de spodumène (silicate d'Al et Li) au monde.</footnote>
Ainsi, en Europe la SNAM a établi des partenariats avec BMW, PSA, Honda, Kia, Toyota...etc. Umicore avec BMW et Toyota.

Au Japon Nissan a créé avec Sumitomo Corporation une joint-venture baptisée 4R Energy Corporation pour le réemploi et la réutilisation des batteries de Nissan Leaf.

Volkswagen prévoit pour 2020, une usine pilote de recyclage qui sera implantée à Salzgitter (Allemagne) avec une capacité de 1200 T/an.

A terme, TESLA affirme vouloir mettre en œuvre une unité de recyclage en boucle fermée sur le site de sa Gigafactory située au Nevada afin de recycler ses propres batteries<fnref n="97" />. En attendant l'entreprise s'appuie sur des prestataires extérieurs (Umicore en Europe, KBI aux Etats-Unis). Mais la réalité c'est que le nombre de VEH de fabrication TESLA en fin de vie est encore anecdotique. La première model S est commercialisée en 2012. Avant ça, les ventes des modèles Roaster I et II, sportives haut de gamme à un prix de 200 000 USD ne sont pas significatives.

En Chine, BYD intègre déjà une partie de la filière (de la fabrication de cathode jusqu'à la fabrication de VEH) et prévoit la construction d'une usine de recyclage de batteries Li-ion.

En Chine encore, l'entreprise GEM spécialisée dans l'affinage de Cobalt et Nickel, devient un acteur majeur du recyclage. Elle a une capacité de production de 20 000 T de précurseurs ternaire (composés Nickel / Manganèse / Cobalt et Nickel / Cobalt / aluminium) pour la fabrication de cathodes NCA et NMC. GEM est aujourd'hui un leader sur le marché pour la production de poudre de Cobalt (50 % du marché chinois) ou de Nickel (30 % du marché chinois) ultrafines. GEM produit également du Cobalt sous forme d'oxyde, hydroxyde et sulfate ou carbonate et du Nickel sous forme de sulfate et carbonate.

Pour terminer sur la stratégie des acteurs, il est intéressant de voir comment s'organise UMICORE qui est aujourd'hui un des acteurs mondiaux les plus avancés sur le recyclage des batteries Li-ion. En Europe la chaine complète de recyclage est organisée autour de plusieurs sites correspondant à autant de pôles de compétences spécifiques. La collecte, le tri des flux, la décharge et le démantèlement sont fait sur le site de Hanau (Allemagne), le traitement par pyro-métallurgie pensé spécifiquement pour un flux de batteries, se fait sur le site d'Hoboken (Belgique) alors que l'affinage par voie hydro-métallurgique pour produire des matériaux de haute qualité (en particulier du CoSO₄ et NiSO₄ pour les batteries Li-ion) est réalisé sur le site de Olen (Belgique) et utilise un procédé préexistant. L'entreprise poursuit une stratégie de déploiement international en implantant d'abord son savoir-faire en matière de production de matériaux de haute pureté pour cathode Li-ion (Site de Cheonan en Corée du Sud, Site de Jiangmen en Chine). Sur le continent asiatique, il est probable qu'Umicore intègre des activités de recyclage dans les années à venir.

## 3.11 Les procédés de recyclage face à l'évolution des technologies Li-ion

Les procédés de recyclage actuels permettent d'apporter des solutions de recyclage aux différentes technologies Li-ion. Les acteurs actuels, en fonction de la tolérance de leurs procédés peuvent intégrer un flux trié ou en mélange de batteries Li-ion de type NMC, LCO, NCA et LMO ainsi que des batteries Ni-MH.

<footnote n="97">⁹⁷ Interview CTO JB Staubel le 25/08/2018
https://medium.com/tradr/teslas-approach-to-recycling-is-the-way-of-the-future-for-sustainable-production-5af99b62aa0e</footnote>
Les acteurs Chinois principalement concernés, ou encore Nemaska Lithium Inc. (qui produit un hydroxyde de Lithium pour batteries LFP) développent des procédés adaptés aux batteries LFP (bien que nous n'ayons pas réussi à identifier avec certitude des entreprises chinoises qui recyclent ou envisagent de recycler des batteries LFP).

A moyen terme, les évolutions technologiques sur les batteries Li-ion et qui pourraient affecter les procédés de recyclage concernent potentiellement les anodes au silicium mais surtout les batteries tout solides qui sont attendues sur le marché entre 2022 et 2025.

Les batteries à électrolyte solide organiques ne posent pas de problème dès lors que les procédés utilisent une étape de pyrolyse/calcination. Mais c'est apparemment aussi le cas en ce qui concerne les électrolytes solides inorganiques. En effet, ces électrolytes présentent différentes compositions à base d'oxyde (ex : Lithium, Lanthane, oxyde de Titane ou Lithium, Aluminium, Lanthane, oxyde de Phosphate) ou à base de soufre (Lithium, Phosphore, Soufre ou Lithium, Etain, Phosphore, Soufre... etc) avec des températures de fusion qui restent relativement basses et permettent de les liquéfier par pyrolyse/calcination.

Concernant la présence possible de silicium dans la blackmass, même en faible quantité, on peut s'interroger sur l'impact qu'il pourrait avoir sur le rendement et la sélectivité des procédés hydro-métallurgiques, mais cette question n'est apparemment pas abordée par la littérature.

Interrogé sur le sujet, Umicore considère qu'aucune de ces évolutions technologiques ne représente une menace sur l'efficacité de leur procédé.

En revanche, les procédés strictement mécaniques et à froid (valorisation directe et préparation à un traitement hydro-métallurgique sans calcination/pyrolyse) pourrait être impacté par la présence d'électrolyte solide.

## 3.12 R&D, quels enjeux prioritaires ?

En Europe, en dehors des entreprises privées, deux laboratoires de recherche publique sont particulièrement actifs dans le domaine du recyclage des batteries : le CEA-LITEN en France et le Fraunhofer Institute en Allemagne.

Ces laboratoires travaillent en partenariat avec des universités ainsi qu'avec des entreprises privées (le CEA-LITEN mène par exemple un projet avec la SNAM pour augmenter le rendement de leur procédé). Même s'ils travaillent sur l'ensemble de la chaine de recyclage, les thèmes de recherche donnant lieu à un dépôt de brevet concernent plus particulièrement la récupération de l'électrolyte<fnref n="98" /> et l'amélioration des procédés hydro-métallurgiques (réduction des impacts environnementaux et amélioration des rendements de lixiviation).

Concernant ce dernier point, il faut pourtant rester prudent. En effet, les procédés hydro-métallurgiques sont connus et utilisés depuis longtemps par les acteurs de la métallurgie extractive. Si des brevets proposent une optimisation de ces procédés, force est de constater qu'il n'ont pas dépassé à ce jour le stade du laboratoire.

Ainsi le procédé hydro-métallurgique breveté par RECUPYL n'a jamais été mis en œuvre. La société Duensenfeld de son coté, n'a mis en œuvre à ce jour que la première phase de son procédé (récupération de l'électrolyte et préparation d'une blackmass).

<footnote n="98">⁹⁸ (US20170207503) Method for Recycling the Electrolyte of a Li-Ion Battery and Method for Recycling Li-Ion Batteries – E.Billy et R. Laucournet – CEA (publié le 20/07/2017) – et projet LITHOREC II en Allemagne qui a débouché sur la création de l'entreprise Duesenfeld.</footnote>
A son tour, le CEA-LITEN a déposé un brevet en 2015⁹⁹ pour un procédé permettant d'améliorer le rendement de lixiviation en utilisant les métaux réducteurs des collecteurs plutôt qu'un agent réducteur classique. Le procédé promet également de réduire l'impact environnemental mais il n'a pas encore fait l'objet d'une expérimentation industrielle.

Un obstacle majeur réside toujours dans la nécessité d'une parfaite maitrise du flux entrant puisque le rendement de lixiviation exige un pilotage fin du ratio métal réducteur/oxyde métallique.

En outre, le changement d'échelle peut générer des problèmes liés par exemple à l'homogénéisation des batchs. En laboratoire on utilise un barreau magnétique qui tourne à 500 tours / minute et agite fortement un échantillon de 50 ml.... Peut-on envisager un tel niveau d'agitation sur un batch de plusieurs centaines de kg ?

Enfin les temps de résidences sont relativement longs (18 à 21 h pour le brevet déposé par le CEA), ce qui signifie qu'avec par exemple, des batchs d'une tonne, la capacité d'une unité de traitement serait relativement faible (300 T /an)

En matière de R&D, comme nous l'avons montré précédemment, les principales marges d'amélioration de la performance se situent aujourd'hui en amont des procédés de recyclage.

En effet, le principal enjeu pour pouvoir produire des matières premières secondaires de « grade batterie » est de contrôler et maitriser les flux de matière avant leur traitement par des procédés hydro-métallurgiques. Il s'agit donc :

* D'optimiser la combinaison de procédés de tri et séparation mécaniques afin d'extraire et valoriser les matières actives de la cathode par valorisation directe en évitant une extraction sélective (Gratz et al. 2014; Sa et al. 2015; Zou et al. 2013),

* D'optimiser la combinaison de procédés de tri et séparation mécaniques pour préparer un composé exempt d'impuretés en entrée de procédés hydro-métallurgiques (ex : Duesenfeld qui met en œuvre un pré-traitement qui enchaine de nombreuses opérations de tri/séparation).

L'optimisation des procédés hydro-métallurgiques représente un enjeu de long terme qui n'est pas prioritaire actuellement.

## 3.13 Conclusions sur les procédés de recyclage

Le recyclage des batteries Ni-Cd fait appel à des procédés spécifiques et maitrisés. La stabilité des volumes à l'avenir permettra d'assurer la pérennité de solutions qui remplissent aujourd'hui les attentes en tout cas en Europe et au Japon ou la fin de vie de ces batteries est réglementée.

Le recyclage des batteries Ni-MH, est largement pratiqué dans le monde du fait de sa rentabilité.

L'enjeu principal du recyclage concerne plus particulièrement les batteries Li-ion qui présente plusieurs difficultés. Les batteries Li-ion sont d'une grande diversité, dans leur forme et leur composition, leur recyclage est couteux pour la plupart d'entre elles et les volumes en fin de vie sont en croissance rapide. Au-delà des enjeux environnementaux, c'est la récupération des métaux stratégiques (Li, Co, Ni) qui motive le recyclage de ces batteries.

Les procédés de recyclage peuvent être classés en trois familles. Les procédés mécaniques de valorisation directe, les procédés pyro-métallurgiques et les procédés hydro-métallurgiques qui peuvent aussi se combiner entre eux.

<footnote n="99">⁹⁹ (FR3034104) Procédé de dissolution d'un oxyde métallique en présence d'un métal réducteur.</footnote>
Chacun présente des avantages et des inconvénients en matière de rendement, de cout et d'impacts environnementaux. Les procédés hydro-métallurgiques exigent des flux entrants homogènes, ils sont couteux, leur impact environnemental est important mais ils permettent de produire des MPS de qualité, potentiellement valorisables en boucle fermée. Les procédés pyro-métallurgiques peuvent intégrer des volumes importants et un flux hétérogène, ils produisent des MPS de moindre qualité, et offrent des rendements de recyclage plus faibles. Les procédés de valorisation directe sont en théorie les plus performants aussi bien en termes de cout que de rendement de recyclage et d'impact environnemental. Cependant, ils n'ont pas encore fait la démonstration de leur efficacité à une échelle industrielle.

Les procédés de traitement par pyro-métallurgie et hydrométallurgie puisent dans le champ de connaissance déjà largement exploré par l'industrie métallurgique (extraction et affinage).

Ainsi, les marges de manœuvre en matière d'amélioration des procédés actuels concernent avant tout la maitrise des flux entrants et les opérations de pré-traitement et de tri/séparation mécanique. Il s'agit notamment :

* De permettre l'identification des différentes technologies Li-ion afin de faciliter le tri pour homogénéiser les flux en entrée de procédés,

* De standardiser les designs pour faciliter les opérations de manutention, démontage, démantèlement,

* De donner un accès transparent aux informations du BMS pour faciliter les opérations de réemploi/réutilisation,

* D'optimiser la combinaison de procédés de tri et séparation mécaniques afin d'extraire et valoriser les matières actives de la cathode par valorisation directe en évitant une extraction sélective (Gratz et al. 2014; Sa et al. 2015; Zou et al. 2013),

* D'optimiser la combinaison de procédés de tri et séparation mécaniques pour préparer un composé exempt d'impuretés en entrée de procédés hydro-métallurgiques (ex : Duesenfeld qui met en œuvre un pré-traitement qui enchaine de nombreuses opérations de tri/séparation)

Dans les années à venir, le principal facteur de croissance sur l'utilisation du Cobalt et du Lithium (et du Nickel dans une moindre mesure) sera le secteur de la fabrication des batteries de VEH. De ce fait, une des principales préoccupations est de se donner la possibilité de « fermer la boucle de recyclage » soit pour s'assurer des débouchés pour ses MPS (pour les recycleurs et les acteurs amont), soit pour sécuriser ses approvisionnements (pour les acteurs aval tels que fabricants de précurseurs, de cathodes, de batteries, de VEH). L'affinage des métaux est ainsi un maillon stratégique dans la chaine de recyclage.

La réglementation et le tissu industriel des différentes zones géographiques façonnent des configurations différentes et déterminent en grande partie la stratégie des acteurs

En Europe et au Japon la règlementation sur la fin de vie des batteries a permis l'émergence d'acteurs spécialisés dans le recyclage des batteries Li-ion. Cependant la plupart d'entre eux mettent en œuvre des procédés qui visent à concentrer les matières actives de cathodes avant de les valoriser directement en boucle ouverte (sidérurgie, superalliages) ou les envoyer vers des affineurs de métaux capables de traiter différents flux concentrés en Nickel et Cobalt. Ces acteurs sont donc dépendants des affineurs et la question se posent pour eux d'intégrer des procédés hydro-métallurgiques permettant de capter une valeur supplémentaire et maitriser les exutoires pour leur MPS. Face aux incertitudes du marché (évolutions des volumes en fin de vie, cours des matières premières et de l'énergie...etc) les « pure players » du recyclage manquent de garantie quant à un retour sur des investissements couteux et sont donc généralement en phase d'attente.
Aux Etats Unis ou en Chine, alors que la problématique du recyclage des batteries Li-ion devient prégnante, ce sont les acteurs amont (miniers, affineurs de métaux) ou aval (fabricants de cathodes, batteries, VEH) qui se positionnent et intègrent le recyclage à leurs activités.

# 4 ANALYSE PROSPECTIVE

Ayant démontré que les enjeux en matière de recyclage concernent essentiellement les batteries de technologies Li-ion, cette partie se concentrera uniquement sur ces technologies. L'objectif est, à partir des perspectives d'évolution du marché des batteries, d'estimer les volumes de batteries en fin de vie jusqu'en 2030 puis de les mettre en relation avec les capacités de recyclage existantes.

## 4.1 Méthodologie générale

### Approche du marché

L'état des lieux du marché actuel, un regard sur son historique et ses déterminants vont nous permettre d'élaborer dans un premier temps des prévisions d'évolution du marché en volume.

Nous émettrons ensuite une série d'hypothèses (durée de vie, potentiel de seconde vie, quantités réellement disponibles pour la collecte) concernant la fin de vie qui nous permettront d'élaborer différents scénarii pour anticiper les volumes de batteries en fin de vie.

Nous étudierons 3 grands secteurs de marché : les VEH, les bus électriques et le reste (produits grands publics, industriel, stockage stationnaire et deux roues électriques) de manière séparée.

Ce choix de segmentation nous apparaît le plus pertinent pour plusieurs raisons :

- Les dynamiques de croissance, les profils de durée de vie et le potentiel de réemploi sont différents sur ces segments et doivent donc être abordées séparément,

- Il permet d'étudier spécifiquement le segment des VEH, le plus important, et pour lequel les prévisions des analystes semblent généralement optimistes,

- Il permet d'étudier spécifiquement le segment des bus électriques dont les volumes sont localisés très majoritairement en Chine,

- Il permet de prendre en compte l'essentiel du marché des batteries Li-ion sans le sur-segmenter ce qui alourdirait considérablement le travail de prospective sans bénéfice majeur.

Les prévisions du marché (ventes) seront réalisées sur la période 2018 – 2030. Ceci nous permet de faire une analyse prospective des volumes de batteries en fin de vie sur la même période et nous indique la tendance au-delà de cette période.

Cette étude sera faite de manière différenciée en fonction de grandes zones géographiques (Chine, Etats-Unis, Europe et Japon). Nous montrerons dans la première partie sur l'état des lieux, la nécessité de cette différenciation géographique.
## Hypothèses

Un certain nombre d'hypothèses sont nécessaires pour guider les travaux de prospective.

Ces hypothèses concernent les points suivants :

- La dynamique de croissance des différents marchés qui est différente en fonction des segment étudiés et des zones géographiques.

- Les parts de marché entre véhicules tout-électrique et hybrides et leur évolution sur les différentes zones géographiques.

- Le mix technologique au sein de la famille Li-ion pour prendre en compte en particulier le fait que :

- Les batteries de différentes technologies Li-ion (principalement NMC, LCO, LMO et NCA) peuvent être traitées dans les mêmes installations de recyclage (en entrée de la chaine de recyclage et en pyro-métallurgie) et en mélange le cas échéant.

- Le recyclage des batteries LFP est réalisé séparément des autres flux du fait d'une composition matière très différente (même si les procédés pyro-métallurgiques sont similaires)

- Les batteries Ni-MH provenant des véhicules hybrides sont traitées dans les mêmes installations que les batteries Li-ion (Hors LFP). Ceci correspond aux pratiques actuelles des principaux industriels européens du recyclage et le développement des batteries NMC (forte proportion de Nickel) devrait renforcer cette logique industrielle.

- Les correspondances entre technologies, capacités moyennes (souvent exprimées en Wh) et poids pour déterminer le poids moyen des batteries en fonction des différents segments de marchés et applications et ainsi évaluer les tonnages en fin de vie.

- Les profils de durée de vie des batteries en fonction des segments de marché

- Le potentiel de réemploi des batteries

L'ensemble de ces hypothèses pourront donner lieu à la prise en compte de différents scénarii (pour la croissance du marché des VEH, pour la durée de vie des batteries de VEH et pour le potentiel de réemploi où les incertitudes sont importantes) ou à la prise en compte de données moyennes (scénario unique lorsque le consensus est large ou lorsque les approximations impactent faiblement les projections finales)

## Rappel sur les typologies de véhicules électriques et batteries associées :

Lorsqu'on parle de véhicules électriques, il faut distinguer 3 typologies de fonctionnement. En effet, le rôle et la taille de la batterie varient fortement selon ces types. Il existe les modèles hybrides qui combinent 2 sources d'énergie (un moteur à combustion classique et un moteur électrique) et les modèles « tout électrique » (BEV – Battery Electric Vehicle).

Au sein des modèles hybrides, il existe les modèles non rechargeables (HEV – Hybrid Electric Vehicles) et les modèles rechargeables (P-HEV : Plug in Hybrid Electric Vehicle).

Dans le cas des modèles non rechargeables, le moteur électrique assiste le moteur à combustion pour réduire sa consommation. La recharge de la batterie se fait par un alternateur couplé au moteur à combustion et/ou par récupération de l'énergie de freinage. Ces modèles disposent d'une batterie de faible capacité (1 à 2 KWh)

Les modèles hybrides rechargeables permettent de fonctionner sur le moteur à combustion, basculer sur une alimentation électrique sur courte distance ou combiner les deux. Ils disposent d'une batterie de plus grande capacité (6 à 20 KWh) et offrent une petite autonomie sur le mode électrique. La recharge peut s'effectuer par récupération de l'énergie de freinage et recharge à l'aide d'un alternateur mais principalement par branchement sur une borne de recharge.
Enfin les modèles « tout électriques » n'ont pas de moteur à combustion. Ils sont équipés d'une batterie plus importante (15 à 100 KWh pour les modèles à forte autonomie) et se rechargent sur une borne.

Le site Wikipédia<fnref n="100" /> donne une large liste de différents véhicules commercialisés avec la capacité de leurs batteries respectives, permettant de constater la diversité des modèles.

Au regard de ces différents modèles et en cohérence avec AVICENNE ENERGY (Présentation au congrès de Nice en Octobre 2018), nous baserons nos travaux sur une capacité moyenne de batteries pour chacune des 3 familles de véhicules électriques :

**HEV = 1.5 KWh** en moyenne par véhicule sur l'ensemble de la période étudiée

**P- HEV = 12 KWh** en moyenne par véhicule sur l'ensemble de la période étudiée

**BEV = 35 KWh** en moyenne par véhicule actuellement avec une évolution progressive pour atteindre **60 KWh** en moyenne en 2030.

Les termes BEV, PHEV et HEV seront utilisés dans la suite du document pour définir les différentes catégories de VEH (Véhicules Electriques et Hybrides).

## 4.2 Etat des lieux du marché mondial des batteries Li-ion

Cet état des lieux s'appuie sur les données de l'IEA (International Energy Agency) <fnref n="101" /> – Global EV outlook 2018 en ce qui concerne les VEH de type BEV et PHEV ainsi que les bus électriques.

Pour le reste, c'est à dire les VEH de type HEV et les autres équipements utilisant des batteries Li-ion, nous reprenons les données communiquées par AVICENNE ENERGY<fnref n="102" />.

### 4.2.1 Véhicules électriques légers – VEH (particuliers et utilitaires)

#### Les ventes

Les ventes de VEH (BEV + PHEV) ont atteint 1,15 million d'unités en 2017 (2,1 Millions en 2018) avec une croissance de 54 % par rapport aux ventes 2016.

Le tableau ci-dessous détaille les ventes de VEH (BEV + PHEV) en milliers d'unité, par pays et par an depuis 2005.

<footnote n="100">¹⁰⁰ https://en.wikipedia.org/wiki/ElectricVehicle_battery#Example_Vehicles_and_their_Battery_capacity</footnote>

<footnote n="101">¹⁰¹ International Energy Agency (IEA). Global EV Outlook 2018. Rapport accessible en ligne sur https://www.iea.org/gevo2018/</footnote>

<footnote n="102">¹⁰² The rechargeable battery market trends 2017-2025 – Presentation Nice Congress, October 2018</footnote>
<table><caption>**Tab 10** : ventes de BEV et PHEV (en unités) – source Global EV outlook 2018</caption><thead><tr><th></th><th>2005</th><th>2006</th><th>2007</th><th>2008</th><th>2009</th><th>2010</th><th>2011</th><th>2012</th><th>2013</th><th>2014</th><th>2015</th><th>2016</th><th>2017</th></tr></thead><tbody><tr><td>Australia</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.05</td><td>0.25</td><td>0.29</td><td>1.32</td><td>1.77</td><td>1.37</td><td>2.28</td></tr><tr><td>Brazil</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.09</td><td>0.17</td><td>0.06</td><td>0.09</td><td>0.17</td><td>0.36</td></tr><tr><td>Canada</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.52</td><td>2.02</td><td>3.12</td><td>5.07</td><td>6.96</td><td>11.58</td><td>16.68</td></tr><tr><td>Chile</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.04</td><td>0.03</td><td>0.15</td></tr><tr><td>China</td><td></td><td></td><td></td><td>0.48</td><td>1.43</td><td>5.07</td><td>9.90</td><td>15.34</td><td>73.17</td><td>207.38</td><td>336.00</td><td>579.00</td><td></td></tr><tr><td>Finland</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.03</td><td>0.18</td><td>0.22</td><td>0.44</td><td>0.69</td><td>1.43</td><td>3.06</td></tr><tr><td>France</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td></td><td>0.01</td><td>0.19</td><td>2.73</td><td>6.26</td><td>9.62</td><td>12.64</td><td>22.95</td><td>29.51</td><td>34.78</td></tr><tr><td>Germany</td><td>0.02</td><td></td><td></td><td>0.07</td><td>0.02</td><td>0.14</td><td>1.65</td><td>3.37</td><td>6.93</td><td>12.74</td><td>23.19</td><td>24.61</td><td>54.56</td></tr><tr><td>India</td><td></td><td></td><td></td><td>0.37</td><td>0.16</td><td>0.35</td><td>0.45</td><td>1.43</td><td>0.19</td><td>0.41</td><td>1.00</td><td>0.45</td><td>2.00</td></tr><tr><td>Japan</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>1.08</td><td>2.44</td><td>12.62</td><td>24.44</td><td>28.88</td><td>32.29</td><td>24.65</td><td>24.85</td><td>54.10</td></tr><tr><td>Korea</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.06</td><td>0.27</td><td>0.51</td><td>0.60</td><td>1.31</td><td>3.19</td><td>5.26</td><td>14.71</td></tr><tr><td>Mexico</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.09</td><td>0.01</td><td>0.05</td><td>0.10</td><td>0.27</td><td>0.26</td></tr><tr><td>Netherlands</td><td></td><td></td><td></td><td>0.01</td><td>0.03</td><td>0.12</td><td>0.88</td><td>5.12</td><td>22.42</td><td>15.09</td><td>43.77</td><td>24.48</td><td>11.07</td></tr><tr><td>New Zealand</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.03</td><td>0.04</td><td>0.32</td><td>0.49</td><td>1.50</td><td>3.47</td></tr><tr><td>Norway</td><td></td><td></td><td></td><td>0.01</td><td>0.24</td><td>0.15</td><td>0.39</td><td>1.84</td><td>4.51</td><td>8.52</td><td>19.77</td><td>33.73</td><td>44.89</td><td>62.26</td></tr><tr><td>Portugal</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.72</td><td>0.19</td><td>0.05</td><td>0.18</td><td>0.20</td><td>0.64</td><td>1.47</td><td>1.78</td></tr><tr><td>South Africa</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.03</td><td>0.01</td><td>0.24</td><td>0.38</td><td>0.20</td></tr><tr><td>Sweden</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.18</td><td>0.93</td><td>1.55</td><td>4.67</td><td>8.59</td><td>13.42</td><td>20.35</td></tr><tr><td>Thailand</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.07</td><td>0.27</td><td></td><td>0.03</td></tr><tr><td>United Kingdom</td><td>0.22</td><td>0.32</td><td>0.45</td><td>0.22</td><td>0.18</td><td>0.28</td><td>1.22</td><td>2.69</td><td>3.75</td><td>14.74</td><td>29.34</td><td>37.91</td><td>47.25</td></tr><tr><td>United States</td><td>1.12</td><td></td><td></td><td>1.47</td><td></td><td>1.19</td><td>17.73</td><td>53.24</td><td>96.70</td><td>118.78</td><td>113.87</td><td>159.62</td><td>198.35</td></tr><tr><td>Others</td><td>0.53</td><td></td><td></td><td>0.09</td><td>0.03</td><td>0.17</td><td>1.80</td><td>2.71</td><td>4.23</td><td>9.55</td><td>17.79</td><td>25.02</td><td>42.02</td></tr><tr><td>TOTAL</td><td>1.89</td><td>0.34</td><td>0.47</td><td>2.46</td><td>2.13</td><td>7.49</td><td>47.24</td><td>117.84</td><td>202.80</td><td>322.70</td><td>540.72</td><td>744.22</td><td>1 148.70</td></tr></tbody></table>

Le tableau suivant propose de mettre en perspective la répartition des ventes globales de véhicules avec la répartition des ventes de VEH (BEV+PHEV), sur les principaux marchés mondiaux.

<table><caption>**Tab 11** : Analyse du marché mondial des VEH par rapport au marché global du véhicule léger (2017)</caption><thead><tr><th>Zones géographiques</th><th>Marché global du véhicule (en Mi d'unités)</th><th>PdM sur marché global</th><th>Marché VEH</th><th>PdM sur marché VEH</th><th>PdM VEH / marché global</th></tr></thead><tbody><tr><td>Chine</td><td>27,5</td><td>29,6%</td><td>579000</td><td>50,4%</td><td>2,11%</td></tr><tr><td>Etats-Unis</td><td>17</td><td>18,3%</td><td>198350</td><td>17,3%</td><td>1,17%</td></tr><tr><td>Europe</td><td>17,6</td><td>18,9%</td><td>240000</td><td>20,9%</td><td>1,36%</td></tr><tr><td>Japon</td><td>5,1</td><td>5,5%</td><td>54100</td><td>4,7%</td><td>1,06%</td></tr><tr><td>Reste du monde</td><td>25,8</td><td>27,7%</td><td>77250</td><td>6,7%</td><td>0,30%</td></tr><tr><td>TOTAL</td><td>93</td><td>100,0%</td><td>1148700</td><td>100,0%</td><td>1,24%</td></tr></tbody></table>

Ces données permettent de mettre en évidence certains déséquilibres mondiaux. Alors que les marchés européens, américains et japonais du VEH restent cohérents avec le marché global du véhicule, on note que le marché Chinois est particulièrement dynamique, la croissance du marché des VEH étant décorrélé de la croissance du marché global des véhicules légers.

La Chine absorbe 50% des ventes de VEH (alors qu'il ne représente que 30 % du marché mondial des véhicules). Ce marché présente un taux de pénétration deux fois supérieur aux autres principaux marchés.

A l'inverse le marché du VEH reste très faible sur la partie « reste du monde ». Et si on enlève le Canada et la Corée du Sud, on peut même considérer qu'il est anecdotique.

De fortes disparités sont à noter également au sein du continent européen. Si on regarde plus précisément, 6 pays (Norvège, Allemagne, France, UK et Suède et Pays-Bas) totalisent plus de 95 % des ventes européennes (pour moins de 50 % de la population).

La Norvège à elle seule, totalise 62 000 unités vendues (soit 25 % du marché européen) pour 5 Millions d'habitants (soit 1% de la population européenne). Pour ce pays, cela représente 39 % de taux de pénétration en 2017, un record très supérieur aux pays suivants (l'Islande avec 11,7 % et la
Suède avec 6,3 %). Ces pays dans lesquels le taux de pénétration est élevé sont tous des pays à faible population et donc avec des potentiels de développement supplémentaires limités (en nombre d'unités).

Cette première analyse, nous permet de conclure que d'une part les dynamiques de marché ne sont pas homogènes (quelques pays seulement tirent le marché du VEH, ce dont il faut tenir compte dans les prévisions du marché à moyen terme) et d'autre part la répartition des volumes étant très hétérogène, cela impacte et limite de manière déterminante les zones géographiques dans lesquelles se retrouveront à terme les volumes de batteries en fin de vie.

Un autre critère d'hétérogénéité concerne la répartition des ventes entre BEV (« full electric ») et PHEV (« Plug-in » hybrides ou hybrides rechargeables) dont il faudra tenir compte pour estimer les volumes en fin de vie puisque le poids des batteries diffère fortement entre ces types de véhicules.

En 2017, L'agence Internationale de l'Energie recense 398 210 immatriculations de voitures hybrides rechargeables (PHEV) soit 35 % du marché des VEH (BEV + PHEV).

<table><caption>**Tab 12** : Taille et mix du marché des VEH en fonction des zones géographiques</caption><thead><tr><th>Zones géographiques</th><th>Marché total VEH</th><th>Marche BEV</th><th>PdM BEV / Total VEH</th><th>Marché PHEV</th><th>PdM PHEV / Total VEH</th></tr></thead><tbody><tr><td>Chine</td><td>579000</td><td>468000</td><td>80,8%</td><td>111000</td><td>19,2%</td></tr><tr><td>Etats-Unis</td><td>198350</td><td>104490</td><td>52,7%</td><td>93860</td><td>47,3%</td></tr><tr><td>Europe</td><td>240000</td><td>115000</td><td>47,9%</td><td>125000</td><td>52,1%</td></tr><tr><td>Japon</td><td>54100</td><td>18100</td><td>33,5%</td><td>36000</td><td>66,5%</td></tr><tr><td>Reste du monde</td><td>77250</td><td>44900</td><td>58,1%</td><td>32350</td><td>41,9%</td></tr><tr><td>TOTAL</td><td>1148700</td><td>750490</td><td>65,3%</td><td>398210</td><td>34,7%</td></tr></tbody></table>

On peut noter que la part de marché des BEV (par rapport au marché des VEH) sur le marché chinois est particulièrement élevée. De plus, cette part de marché progresse régulièrement (elle était de 60 % en 2014, elle dépasse les 80 % en 2017).

Aux Etats-Unis, la part de marché des BEV est d'environ 50 % avec de fortes variations au cours des dernières années (25 % en 2012, > 60 % en 2015 et 52,7 % en 2017), au gré des politiques incitatives.

En Europe il existe de fortes disparités d'un pays à l'autre en fonction des politiques incitatives : pour les BEV, 75 % en France, 45 % en Allemagne. En Norvège, après une prédominance des BEV en 2014 avec 90 %, les PdM se sont stabilisées au-dessus de 50 % de BEV en 2016 et 2017. Au Royaume uni, les PdM du BEV sont stables entre 25 et 30 %

A noter que l'IEA ne comptabilise pas les ventes de véhicules HEV. Ce marché n'est pourtant pas négligeable puisqu'il représente plus de 3 Millions d'unités en 2018 d'après AVICENNE ENERGY.
## Le parc mondial de VEH (BEV + PHEV) - ventes cumulées depuis 2005

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>**Fig 26 :** Parc mondial des VEH (BEV et PHEV) - Source : IEA – EV Global Outlook 2018</figcaption></figure>

La quantité totale de VEH fin 2017 (ventes cumulées dans le monde de BEV et PHEV depuis 2005) dépasse les 3 Millions d'unités.

<table><caption>**Tab 13 :** ventes cumulées de BEV + PHEV</caption><tr><td>Chine</td><td>1.23 Mi</td></tr><tr><td>Etats-Unis</td><td>0.76 Mi</td></tr><tr><td>Europe</td><td>0.82 Mi</td></tr><tr><td>Reste du Monde</td><td>0.3 Mi</td></tr><tr><td>TOTAL</td><td>3.14 Mi</td></tr></table>

Rq : Un an plus tard, fin 2018, ce stock dépasse les 5 Mi d'unités, les ventes en 2018 représentant 2,1 Mi d'unités

La Chine seule compte près de 40 % du parc mondial.

Le marché chinois est de loin le plus dynamique, sa part du parc mondial va continuer à s'accroître dans les années à venir. Il existe une offre pléthorique sur le marché (multiples constructeurs et multiples modèles à des prix inférieurs aux constructeurs étrangers). En comparaison l'offre en Europe et aux Etats-Unis apparaît très faible.

### 4.2.2 Les bus électriques

Les ventes mondiales de bus électriques ont atteint 100 000 unités en 2017 dont 85 % de BEV. Le parc mondial représente plus de 300 000 unités dont 99 % se trouve en Chine. On compte à peine 2100 bus électriques en Europe, USA et Japon.

Cette prédominance est liée à un très fort soutien public en Chine pour le développement du bus électrique. La forte urbanisation et le développement de villes nouvelles facilite également l'intégration des infrastructures de recharge dans l'espace public.

Le marché est logiquement dominé par les constructeurs chinois qui se sont développés sur leur marché domestique (principalement Yutong et BYD) et sont présents aujourd'hui à l'export. Il existe également quelques constructeurs européens (Volvo, Bolloré...) et un seul aux Etats-Unis (Proterra).

La dynamique de développement des bus électriques va se poursuivre, tirée par le marché chinois. Même si les immatriculations augmentent en Europe, le marché reste quasiment atone hors de Chine
### 4.2.3 Autres équipements

Dans ce segment, nous prenons comme référence les données communiquées par AVICENNE ENERGY (présentation congrès de Nice – Octobre 2018).

Nous regroupons 3 sous-segments étudiés en détail par AVICENNE ENERGIE : le stockage stationnaire et applications industrielles, les produits électroniques grands publics et un sous-segment « autres équipements » qui regroupe principalement applications médicales, outillage et deux-roues.

Le marché des batteries sur ces segments est exprimé en GWh : Il représente un total de 51,6 GWh de batteries Li-ion mises sur le marché en 2017.

Sur ce segment encore, les dynamiques de développement sont différentes en fonction des zones géographiques. Le stockage stationnaire et les applications industrielles devraient évoluer de manière comparable dans toutes les zones géographiques. En revanche le marché des produits électroniques grands publics est déjà à maturité aux Etats-Unis, en Europe et au Japon alors qu'il garde un fort potentiel en Chine. Enfin, la croissance du sous-segment « autres équipements » sera lui-aussi essentiellement tiré par l'Asie/ Pacifique et en particulier par la Chine (notamment par le marché des deux roues)

### 4.2.4 Conclusion sur l'état des lieux du marché des batteries Li-ion

L'ensemble de ces éléments mettent en évidence une forte croissance du marché des batteries Li-ion qui se poursuivra (même si nos prévisions incluent un scénario moins optimiste que les analystes en ce qui concerne les VEH) mais aussi de fortes disparités géographiques sur les 3 segments principaux.

Pour les VEH, ces disparités se retrouvent au niveau des ventes de VEH ainsi que sur le mix BEV/PHEV.

Ces disparités en fonction des zones géographiques rendent peu pertinente une analyse à l'échelle mondiale. En effet, elles entrainent de fortes conséquences sur la localisation des volumes de batteries en fin de vie. Or nous devons considérer que le marché du recyclage des batteries Li-ion n'a pas vocation à être un marché mondialisé, ceci pour des questions de difficulté de transport (restriction des déchets de batteries Li-ion en transport maritime, contraintes réglementaires relative à l'exportation de déchets dangereux) et de cout.

La suite de l'analyse (prévisions de vente et prévisions de volume en fin de vie) sera donc différenciée en fonction de quatre zones géographiques : Chine, Etats-Unis, Europe et Japon qui concentrent près de 90 % des ventes des principaux marchés et donc, à terme 90 % des volumes de batteries en fin de vie (au regard de l'historique des marchés depuis 2005, nous considérons en effet que ces quatre zones continueront à concentrer l'écrasante majorité des volumes).
## 4.3 Scenarii d'évolution du marché des batteries Li-ion

### 4.3.1 Discussion préliminaire sur le futur du marché des VEH

#### 4.3.1.1 Les déterminants du marché des VEH

##### Les soutiens publics

Comme le mentionne l'IEA dans ses rapports annuels successifs (Global EV Outlook), l'évolution du marché mondial du véhicule électrique est fortement dépendante des politiques publiques.

Il est à souligner que les principaux marchés en volume (La Chine avec 580 000 VEH en 2017) et en taux de pénétration (La Norvège avec 39 % de PdM pour les VEH en 2017) correspondent aux pays ayant mis en œuvre les politiques de soutien les plus volontaristes. Ce sont également les fortes politiques de soutien qui ont permis un développement très important des bus électriques en Chine, contrairement au reste du monde.

On note encore que les 10 premiers pays sur le marché des VEH ont **tous** mis en œuvre des politiques de soutien. Ces pays concentrent près de 95 % des ventes.

Ces politiques de soutien consistent principalement à réduire l'écart de compétitivité entre VEH et ICE (véhicules à combustion thermique). En 2015, les estimations montrent qu'un BEV (véhicule tout électrique) doté d'une batterie de 35 KWh présente en moyenne un coût total de 10 000 USD supérieur à une voiture thermique comparable. La parité coût reste encore hors de portée même pour une utilisation de 20 000 km/an<fnref n="103" />.

Les politiques publiques de soutien se déploient sur plusieurs axes :

- Aide à l'achat : soutien financier à l'achat d'un véhicule électrique (En Norvège exemption de taxe à l'importation et de TVA), politique d'achat de VEH pour les administrations, les services et les transports publics,

- Avantages sur le coût d'usage : parkings gratuits, péages gratuits, (En Norvège gratuité des tunnels, traversées par ferry et possibilité d'emprunter les couloirs de bus),

- Quotas obligatoires de ventes (Chine, Californie),

- Quotas d'immatriculation (Chine),

- Investissement dans l'infrastructure de recharge pour faciliter l'usage,

- Adaptation du réseau de distribution électrique.

Le marché est très fortement dépendant de ces aides et notamment les aides à l'achat. (En Chine, le total des aides à l'achat couvre souvent la moitié du prix des VEH)<fnref n="104" />

Aux Pays-Bas à partir de 2015, au Danemark à partir de 2016 et à Hong-Kong à partir d'Avril 2017, on a pu mesurer les effets immédiats d'une baisse de ces soutiens. Le marché s'est littéralement effondré (Au Pays-Bas les ventes de VEH sont passées de 44 000 unités en 2015 à 11 000 en 2017 – de 4800 à 1000 au Danemark sur la même période. A Hong Kong, 3000 VEH étaient enregistrés en Mars 2017... 32 VEH sur les 8 mois suivants). Ces politiques de soutien à l'achat peuvent aussi influencer très fortement le mix entre BEV et PHEV.

<footnote n="103">¹⁰³ La course aux batteries électriques (Carole Mathieu - IFRI Juillet 2017)</footnote>

<footnote n="104">¹⁰⁴ « Les politiques publiques en faveur des véhicules à très faibles émissions » - France Stratégie – Mai 2018</footnote>
On peut encore noter qu'alors que le taux de pénétration aux USA est à peine supérieur à 1%, il est de 10 % en Californie. Cet état absorbe à lui tout seul 50 % des ventes sur le marché américain (pour 12 % de la population) en proposant en particulier un soutien à l'achat très volontariste en complément de la prime fédérale de 7500 USD (limitée aux 200 000 premiers véhicules vendus aux Etats-Unis par un constructeur)

### L'infrastructure de recharge

Le développement de l'infrastructure de recharge suit la croissance du parc de VEH. Dans le monde, on estime à environ 3 Millions, le nombre de bornes de recharges privées situées en résidences ou sur des lieux de travail. Dont 366 000 destinées à la recharge des batteries de flottes de véhicules professionnels, principalement des bus, et situées pour la quasi-totalité en Chine.

Ce réseau est complété par un réseau de 320 000 bornes publiques à charge lente et 110 000 points de recharge rapide. Les dispositifs de charge rapides sont particulièrement importants dans les zones densément peuplées (du fait d'une faible disponibilité foncière) et aussi le long des grands axes pour faciliter les trajets longue distance.

En Norvège comme en Californie, la diffusion du véhicule électrique est favorisée par la structure individuelle de l'habitat, qui permet de recharger son véhicule à domicile. Au contraire, la rareté de l'espace est un frein au développement du VEH à Tokyo : 60 % de sa population réside en logements collectifs, alors que 90 % des propriétaires de véhicules électriques vivent dans des maisons individuelles. Dans les villes où le logement collectif représente une forte part de l'habitat, le développement du VEH n'est possible que si des points de recharge en nombre suffisant sont installés dans les parkings ou garages de ces logements ou sur l'espace public à proximité.

Le cout d'une borne de recharge publique varie de 3 à 4000 € pour une borne de recharge lente et jusqu'à 40 000 € pour des bornes de recharge rapide.

Le cout du déploiement de l'infrastructure est supporté à la fois par des investisseurs privés (les constructeurs automobile, les acteurs du réseau électrique) et publics (état, collectivités). L'Union Européenne préconise 1 borne de recharge / 10 véhicules.

### 4.3.1.2 Analyse critique des prévisions des analystes

#### Un excès d'optimisme récurrent

De nombreuses agences proposent depuis plusieurs années des projections sur le marché des VEH. BNEF (Bloomberg New Energy Finance), AVICENNE ENERGY, le BCG (Boston Consulting Group), l'IEA (International Energy Agency), sont parmi les plus connues et reconnues à l'échelle mondiale pour les prévisions du secteur.

Il est intéressant de reprendre une très bonne étude réalisée par le BCG (Boston Consulting Group) et publiée en 2010¹⁰⁵. Cette étude envisageait trois scénarii avec différents taux de pénétration du VEH sur un marché total anticipé de 54 Mi de véhicules en 2020 :

- Accélération = 42 % (soit 22,5 Mi de VEH)

- Stable = 26 % (soit 14 Mi de VEH)

- Ralentissement = 11 % (soit 6 Mi de VEH)

<footnote n="105">¹⁰⁵ Batteries for Electric Cars, Challenges, Opportunities and the outlook to 2020 – BCG https://www.bcg.com/documents/file36615.pdf</footnote>
On constate aujourd'hui que c'est le scénario du ralentissement qui l'a emporté par rapport à la dynamique anticipée. Ceci est vrai si l'on considère le nombre de VEH... et encore plus si l'on considère le taux de pénétration. Dans ce dernier cas, la réalité est très en deçà du scénario le plus défavorable du fait d'une mauvaise évaluation de la croissance globale du marché des véhicules qui est déjà > 90 Mi alors que le BCG l'estimait à 55 Mi.

Lorsqu'on relit le rapport de l'IEA (International Energy Agency) publié en Avril 2013, on note que les prévisions de ventes s'établissaient à 2,5 Mi de VEH pour 2017 (données réelles = 1,15 Mi) et plus de 3 Mi pour 2018 (Données réelles 2,1 Mi). Avec un stock de plus de 10 Mi d'unités en 2018 (données réelles 5 Mi d'unités à fin 2018). Là encore la réalité s'avère inférieure aux prévisions.

De manière générale, les projections réalisées au cours des années précédentes s'avèrent souvent optimistes.

## Le prix et la compétitivité par rapport aux ICE (véhicules à combustion thermique)

Le dynamisme du marché ne pourra continuer que si la rentabilité des VEH s'améliore, le cout de fabrication des batteries (qui représente en moyenne 1/3 du cout total) doit donc encore baisser.

Le seuil de rentabilité reste difficile à prévoir (il dépend de l'évolution du cout des carburants, du prix de l'électricité, d'une éventuelle seconde vie qui permet de partager les couts entre utilisateurs primaires et secondaires... etc). Cependant, il est généralement estimé à 100 USD / KWh. Or en 2018, il est encore deux fois supérieur, alors que les marges d'amélioration diminuent et que les fabricants de batteries ne réalisent toujours pas les bénéfices qui permettraient un retour sur des investissements déjà très lourds. A titre d'exemple, Tesla a perdu 1,4 Milliards de dollars en 2017 et encore 1 Milliard en 2018... le T4 2018 est son premier trimestre bénéficiaire avec 139 Mi de dollars sur un CA de 21,5 Milliards de dollars et un positionnement haut de gamme.

Il semble peu probable que le prix des VEH vienne concurrencer celui des ICE à court terme. Or, le manque de compétitivité des VEH, malgré les soutiens publics ne permet pas de pénétrer un marché de masse.

## Un marché qui reste encore une niche

Les ventes 2018 par modèles de véhicules<fnref n="106" /> montrent que parmi les modèles les plus vendus (en dehors de la chinoise BAIC EC-Series qui arrive en deuxième position avec un prix de 25 000 USD avant subventions) on retrouve essentiellement des modèles haut de gamme (les 3 modèles TESLA commercialisés entre 60 et 90 k€ s'arrogent 12 % du marché mondial).

Il apparaît que le VEH touche essentiellement une population très urbaine et/ou à haut revenu. Par exemple, alors que le taux de pénétration en Chine est de 2 % environ, il est de plus de 10 % sur Shangaï et Pekin. Aux Etats Unis, la ville de Los Angeles concentre 20 % des ventes américaines en 2017 (100 000 VEH en ventes cumulées entre 2011 et 2016)<fnref n="107" />

C'est donc un marché de niche qui touche peu les classes moyennes, seules aptes à en faire un marché de masse.

Le cas de la France montre que les ménages à revenus modestes ayant un besoin de transport important (notamment pour les trajets pendulaires vers les zones urbaines qui concentrent les emplois) n'ont souvent pas la capacité d'acheter un VEH neuf, malgré les aides gouvernementales. L'augmentation des taxes sur le carburant qui a déclenché des mouvements sociaux en Novembre

<footnote n="106">¹⁰⁶ Voir sur https://www.automobile-propre.com/la-tesla-model-3-a-ete-la-voiture-electrique-la-plus-vendue-au-monde-en-2018/</footnote>

<footnote n="107">¹⁰⁷ « Les politiques publiques en faveur des véhicules à très faibles émissions » - France Stratégie – Mai 2018</footnote>
2018 a mis en lumière une certaine impasse économique dans laquelle se retrouvent ces ménages concernant leur mobilité.

## Des limites budgétaires

En attendant que les prix de vente des VEH soient compétitifs, les soutiens publics à l'achat et au développement de l'infrastructure sont indispensables. Or ces soutiens sont couteux.

En France par exemple, pour respecter les engagements du contrat stratégique de filière<fnref n="108" /> qui prévoit 1 Mi de VEH vendus (ventes cumulées depuis 2005) sur le marché en 2022, le cout pour les finances publiques (avec un bonus écologique de 6000 €) serait de plus de 6 Milliards d'€ sans compter le déploiement de l'infrastructure de recharge (15 000 bornes par an) et les aides à la conversion du secteur industriel (réseaux électriques, construction automobile).

Pour rappel, en 2016 le bonus écologique (et « super bonus » pour soutien à la conversion écologique) a couté près de 240 Mi d'€ à l'état pour 29 500 unités vendues. Dès 2017, la cour des comptes s'interrogeait sur la soutenabilité budgétaire d'un tel dispositif... D'autant plus que le développement des VEH prive par ailleurs l'état de recettes sur les taxes au carburant, générant un effet ciseau. Il n'est pas sûr qu'en France et plus généralement en Europe, les politiques d'austérité budgétaire permettent de respecter de tels engagements.

## Le bénéfice environnemental et la limitation des émissions de CO₂ en question

Diverses études d'Analyse de Cycle de Vie (l'ADEME en 2013¹⁰⁹, Le centre international de référence sur le cycle de vie des produits, procédés et services - CIRAIG - au Québec en 2016¹¹⁰, l'Agence Européenne pour l'Environnement en 2018¹¹¹) montrent que l'avantage environnemental des VEH par rapport aux ICE n'est pas systématique, il est fortement dépendant du mode de production de l'électricité. Or la production électrique mondiale reste dominée par les énergies fossiles (Charbon 40 % et Gaz 25 %)<fnref n="112" /> et le restera (prévision 2040 : Charbon 30 % et Gaz 25 %)

Déjà en 2008, l'IEA avait calculé qu'une voiture électrique émettait 112 g CO₂/km avec le mix électrique moyen européen, mais 225 g CO₂/km lorsque l'électricité était produite à partir de charbon.

L'objectif Européen (qui reste à confirmer) de limiter les émissions locales à 95 g CO₂/km pour les véhicules thermiques neufs en 2020 (et 60 g CO₂/km en 2030) sera difficile à atteindre et a pour effet d'encourager le développement des véhicules électriques. (Luc Chatel, Président de PFA – La Plateforme Automobile – déclare le 22/01/2019 : *Nous devrons alors avoir 1/3 de véhicules en 100 % électrique, 1/3 de véhicules hybrides rechargeables et le reste en moteurs thermiques...* ce qui veut dire passer de 400 000 à 10 Mi de VEH en 10 ans en Europe.).

Cependant, cette logique de réduction drastiques des émissions locales de CO₂ pour les véhicules en Europe ne contribue plus à une baisse globale des émissions. Cette logique est-elle pertinente, dès lors qu'elle a pour effet de déplacer les émissions sur d'autres zones géographiques et d'autres maillons du cycle de vie ? (75% des émissions de CO₂ sont émis lors de la fabrication d'un VEH dont une grande partie lors de la phase d'extraction des métaux et notamment ceux qui constituent la batteries).

<footnote n="108">¹⁰⁸ https://www.pfa-auto.fr/wp-content/uploads/2018/06/DP-SCF-Automobile.pdf</footnote>

<footnote n="109">¹⁰⁹ https://www.ademe.fr/sites/default/files/assets/documents/90511 AcV-comparative-ve-vt-rapport.pdf</footnote>

<footnote n="110">¹¹⁰ http://www.hydroquebec.com/data/developpement-durable/pdf/analyse-comparaison-vehicule-electrique-vehicule-conventionnel.pdf</footnote>

<footnote n="111">¹¹¹ https://www.eea.europa.eu/fr/signaux/signaux-2017-1/articles/vers-un-avenir-electrique</footnote>

<footnote n="112">¹¹² International Energy Outlook (US Energy Information Administration – Sept 2017) - https://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/0484(2017).pdf</footnote>
## Les intérêts industriels et stratégiques des constructeurs historiques

Le secteur automobile est un secteur économique stratégique. En France l'industrie automobile emploie 800 000 salariés pour un CA de 155 Milliards d'€.

La Chine est à la pointe du secteur des VEH avec 50 % du marché mondial, de nombreux constructeurs chinois proposent une offre pléthorique et le pays domine largement le secteur de la fabrication des batteries. En outre, la Chine impose à tous les constructeurs écoulant plus de 30 000 voitures par an sur son territoire qu'au moins 10 % du total de leurs ventes soient des véhicules 100 % électriques ou hybrides.

En s'appuyant sur son marché local, la Chine a créé un appel d'air sans précédent pour le VEH. Nous avons vu précédemment que cette stratégie chinoise est guidée par la volonté de réduire les émissions locales de particules fines mais aussi de se tailler une place prépondérante sur le marché mondial de la construction automobile, en cohérence avec la taille de son marché qui représente aujourd'hui 30 % du marché mondial des véhicules légers (cette place qu'elle n'a jamais pu conquérir jusqu'ici malgré les politiques contraignantes de joint-venture pour acquérir les savoir-faire et technologies des leaders du marché mondial).

Dans le reste du monde, les constructeurs historiques (Européens, Américains, Japonais) semblent suivre le mouvement sans enthousiasme. Ils proposent encore peu de modèles... Quel serait leur intérêt stratégique si le développement des VEH devait affaiblir leur position sur le marché mondial en favorisant l'émergence de champions chinois et en accroissant leur dépendance vis-à-vis des constructeurs chinois de batteries ? ... Surtout si le gain environnemental n'est pas au rendez-vous.

Aujourd'hui, parmi les constructeurs historiques, seuls Nissan et Renault apparaissent dans le Top 10 des fabricants de BEV dans le monde (en nombre d'unités vendues).

Il est intéressant de constater que parmi les constructeurs européens, Volvo est un des rares qui s'engage totalement sur le VEH... or Volvo est une entreprise à capitaux chinois depuis son rachat par le groupe GEELY en 2010.

## L'adaptation nécessaire du réseau de distribution électrique

L'augmentation importante du parc de VEH impacte également le réseau de distribution électrique. Avec l'appel de puissance qu'elle génère, la recharge des batteries pourrait notamment entrainer des problèmes sur le réseau électrique dans certaines zones géographiques (zone urbaines) ou à certaines périodes de la journée. En particulier si les bornes de recharge rapides se multiplient.

### Repères sur les puissances des bornes de recharge :

- Recharge lente 3 KW

- Recharge accélérée 20 à 45 KW (En France près de 50 % des 23 000 bornes publiques de recharge sur le territoire début 2019)

- Recharge rapide > 50 KW (6 % des bornes publiques en France)

- Recharge ultra-rapide : Le constructeur DBT annonce en 2016 le déploiement de bornes universelles de 150 KW – Un consortium de constructeurs allemands travaille sur un projet de réseau de bornes à 350 KW

Avec une borne de recharge lente, il faut 16 h pour recharger une batterie de 50 KWh.

Les recharges très rapides répétées sont déconseillées car elles accélèrent le vieillissement des batteries. On peut considérer qu'une batterie peut se charger sans dommage jusqu'à 80 % à une puissance égale à deux fois sa capacité (charge à 2C) ... soit un temps de recharge de 24 minutes.
Selon les projections d'ENEDIS, l'arrivée d'un million de véhicules électriques sur les routes (objectif 2023) génèrent une demande additionnelle d'électricité de l'ordre de 500 MW. Répartie sur l'ensemble du territoire, cet impact est relativement faible (sur un total de 100 GW installés actuellement).

Mais en matière de puissance, ENEDIS<fnref n="114" /> mentionne qu'un million de VEH qui rechargeraient leurs batteries simultanément, représenterait un appel de puissance de 22 à 40 GW, soit 22 et 40% de la puissance totale installée. (Pour des scénarios respectifs de recharge 100% accélérée et 100% rapide)

Même si ce scénario est improbable (car les actions de recharge ne seront pas toutes simultanées), il est évident que l'accroissement du parc des VEH engendre une augmentation certaine des pics de consommation. Et en particulier dans les zones urbanisées et à des heures de pointe. Or le renforcement de la production de pointe est à la fois couteux et fortement émetteur de CO₂ (l'appoint se fait principalement par le démarrage de centrales au fioul lourd).

Les solutions sont donc de limiter les recharges rapides, par la nature de l'infrastructure de recharge elle-même (en limitant le nombre de bornes de recharge accélérée / rapide), et/ou par une politique tarifaire adaptée. Selon ENEDIS, onze plages horaires pourraient être envisagées demain avec une tarification spécifique.

Il faut également améliorer la gestion intelligente du réseau pour garantir la soutenabilité du réseau électrique déjà sous tension. (Intégration massive des énergies renouvelable, modulation de la charge en fonction de la puissance disponible, stockage...etc)

Au regard des échéances (1 Mi de VEH en 2023, 4,8 Mi en 2028 en France) on peut s'interroger sur la capacité du réseau à s'adapter dans les temps.

Mais surtout, la limitation d'accès à des solutions de recharge rapide rajoute des contraintes d'utilisation (disponibilité, tarifs) qui impacte à la fois le cout et la facilité d'usage des VEH, deux éléments déterminants pour l'adoption du VEH par les consommateurs.

### 4.3.1.3 Conclusions sur les prévisions des analystes

La volonté de la Chine de poursuivre le déploiement d'une flotte électrique s'explique de manière cohérente et il est probable que ce marché continue à croître de manière dynamique. La Chine a la maitrise des technologies nécessaires, un réel intérêt économique et stratégique ainsi que les moyens budgétaires de sa politique.

En revanche, à l'énumération des contraintes techniques et budgétaires (en particulier en Europe) et au regard du faible intérêt commercial et stratégique pour les constructeurs implantés sur les grands marchés historiques (Etats-Unis, Europe, Japon), on peut craindre que les analystes soient emportés par un excès d'optimisme. En effet, s'ils n'ignorent pas ces enjeux, ils ont tendance à minimiser ces freins au développement.

Les prévisions du marché proposées dans cette étude se baseront en grande partie sur celles d'AVICENNE ENERGY et celles de l'IEA avec un certain nombre d'ajustements concernant le marché du VEH pour tenir compte de l'analyse critique ci-dessus. Pour les autres marchés, généralement plus

<footnote n="113">¹¹³ Véhicules Electriques : En route vers une diffusion massive ? (Institut d'Emménagement et d'Urbanismes IDF - Juin 2016)</footnote>

<footnote n="114">¹¹⁴ Voir « La mobilité électrique : en route vers la transition énergétique » - ENEDIS</footnote>
matures l'évolution est plus consensuelle car plus prévisible aussi bien sur les volumes que sur les technologies utilisées

### 4.3.2 Prévisions du marché global des VEH

Historiquement, les scénarii de L'IEA et d'AVICENNE ENERGY restent les plus proches de la réalité, même s'ils sont plutôt optimistes. Celui d'AVICENNE ENERGY a l'avantage d'aborder le marché des VEH en 3 catégories : BEV, P-HEV et HEV alors que l'IEA ne prend pas en compte les HEV.

AVICENNE ENERGY prévoit :

* Ventes en 2025 : 6,2 Mi BEV + 1,6 Mi PHEV + 7,6 Mi de HEV

* Ventes en 2030 : 9,5 Mi BEV + 3,1 Mi PHEV + 12,5 Mi de HEV

Nous prendrons en compte ce premier scénario (scénario « haut »), qui correspond à une croissance moyenne de 16 % par an sur la période 2019 – 2030 pour le marché des BEV et H-PEV

Nous étudierons également un second scénario (scénario « bas »), plus défavorable basé sur un taux de croissance du marché des BEV et H-PEV de 12 % par an en moyenne sur la période.

Dans les deux scénarii, les prévisions de vente des HEV restent identiques.

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>**Fig 26** : Prévisions de ventes des BEV + PHEV dans le monde</figcaption></figure>
<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>**Fig 27 :** Prévisions de ventes cumulées des BEV + PHEV dans le monde</figcaption></figure>

Les chiffres 2015 à 2018 sont connus et tirés des rapports de l'IAE (EV Outlook 2018 et estimations publiées pour les ventes en 2018)

#### **4.3.2.1 Prévisions HEV**

Ce type de véhicule n'est pas vendu en Chine, il a un taux de pénétration très élevé au Japon ou il représente 25 % de PdM en 2017 (par rapport au marché national des véhicules toutes technologies confondues), soit 1,4 Mi de HEV. Cette pénétration croissante depuis 2008 continuera sur le marché japonais sur la période 2019-2030.

A noter que Toyota reste le leader sur ce marché avec encore 2/3 des ventes mondiales en 2017.

Le reste des HEV se répartissent de manière identique en Europe et aux Etats-Unis avec une part de marché qui reste relativement faible.

Japon, Europe et Etats-Unis représentent 90 % du marché mondial.
<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>**Fig 28 :** Prévisions de ventes cumulées des HEV dans le monde (par zones géographiques)</figcaption></figure>

En 2017, les HEV sont encore équipés à 30 % de batteries Ni-MH. A partir de 2025, 100 % des véhicules seront équipés de batteries Li-ion.

### **4.3.2.2 Prévisions de vente de BEV et PHEV par zones géographiques**

Sur la période 2019-2030, le marché chinois du VEH (BEV + PHEV) restera dynamique du fait d'une continuité des politiques de soutien. Sa part de marché mondiale se stabilise à 55 % dans le scénario haut et à 65 % à partir de 2025 dans le scénario bas. En effet dans ce deuxième scénario la baisse de la croissance touche en premier lieu l'Europe et les Etats-Unis.

Les Etats-Unis seront impactés dans les deux scénarii en 2019 du fait de la fin de la prime fédérale (au T1 2018, Tesla avait déjà vendu 178 000 VEH aux États-Unis et General Motors 176 000 se rapprochant ainsi du seuil des 200 000 véhicules vendus au-delà duquel les aides fédérales s'arrêtent)

Dans les deux scénarii, la part de marché du reste du monde reste stable autour de 10 % (à partir de 2019) ainsi que celle du Japon (4 %).
Chine

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>**Fig 29** : Prévisions de ventes HEV + PHEV en Chine</figcaption></figure>

De plus, le marché Chinois sera largement dominé par les BEV avec une part de marché qui évolue jusqu'à 90 % en 2024 et reste stable ensuite.

Mix technologique <fnref n="115" />

Nous considérons que les batteries de VEH (BEV + PHEV) utilisent jusqu'en 2015, 45 % de LFP et 55 % de NMC/NCA. Un basculement au détriment du LFP s'opère à partir de 2015 et se poursuivra pour aboutir à 5 % de LFP en 2030.

En effet, les fabricants chinois et notamment BYD (leader sur le marché) ont jusqu'ici utilisé des batteries LFP qui sont progressivement remplacées par la technologie NMC dans les nouveaux modèles. Ce remplacement devrait s'accélérer au cours des prochaines années du fait de la politique de soutien de la part du gouvernement chinois qui privilégie les batteries à fortes densités énergétiques (NMC / NCA) – (actuellement il n'y a plus de soutien financier en dessous de 105 Wh / kg, le seuil était de 90 Wh/kg en 2017)

Ces éléments nous permettront de calculer la quantité de batteries (en poids) mises sur le marché jusqu'en 2030 pour chaque scénario et en séparant la technologie LFP pour laquelle nous avons considéré que les flux de batteries en fin de vie étaient traités séparément des technologies NCA et NMC.

<footnote n="115">¹¹⁵ https://www.argusmedia.com/en/news/1816877-viewpoint-chinas-ev-battery-sector-may-face-reshuffle</footnote>
## Etats-Unis

<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>**Fig 30 :** Prévisions de ventes HEV + PHEV aux Etats-Unis</figcaption></figure>

Pour les Etats-Unis, les parts de marché entre BEV et PHEV restent équilibrées à partir de 2019 (50 %). On considère que la technologie LFP est négligeable.

## Europe

<figure><img src="image_34.png" /><figcaption>**Fig 31 :** Prévisions de ventes HEV + PHEV en Europe</figcaption></figure>
Pour l'Europe les parts de marché entre BEV et PHEV restent équilibrées à partir de 2018 (50 %) à l'échelle du continent. On considère que la technologie LFP est négligeable.

Japon

<figure><img src="image_35.png" /><figcaption>**Fig 32 :** Prévisions de ventes HEV + PHEV au Japon</figcaption></figure>

Pour le Japon les parts de marché entre BEV et PHEV restent stables à 65 % de PHEV à partir de 2019. On considère que la technologie LFP est négligeable.

### 4.3.3 Prévisions du marché des bus électriques

Fin 2017, la flotte mondiale est estimée par l'IEA à 370 000 unités, dont 100 000 bus mis sur le marché dans l'année. Mais ces données présentent des contradictions avec les rapports précédents de l'IEA (Global EV Outlook 2015, 2016, 2017)<fnref n="116" />.

Quoiqu'il en soit 99 % des bus électriques sont commercialisés en Chine, cette écrasante domination du marché Chinois se poursuivra au cours de la période 2019-2030.

A partir des données IEA, de France Stratégie et d'AVICENNE (exprimées en MWh), nous proposons une évolution du marché qui reste globalement cohérente avec l'historique (y compris avec les données réelles 2018 qui montrent que la totalité des batteries pour VEH et Bus électriques représentent autour de 100 GWh de batteries).

Enfin, nous considérons que les bus BEV représentent 85 % du marché (PHEV 15 %) et qu'ils embarquent en moyenne 350 KWh de batteries par bus (35 KWh pour les PHEV).

<footnote n="116">¹¹⁶ Le rapport Global EV 2017 donnait une flotte de 345 000 bus électriques, ce qui n'est pas cohérent avec les données du rapport 2018.</footnote>
<figure><img src="image_36.png" /><figcaption>**Fig 33 :** Prévisions de ventes de bus électriques dans le monde (par zones géographiques)</figcaption></figure>

Pour la Chine, nous considérons que les bus électriques sont majoritairement équipés de batteries LFP avec une évolution progressive vers du NMC (10% NMC / 90 % LFP en 2015 et basculement progressif vers 50% NMC / 50 % LFP ensuite). En effet, Compte tenu des moindres contraintes d'autonomie et de poids embarqué pour les bus, nous considérons que le LFP y conservera une place significative (contrairement au VEH).

Sur les autres zones géographiques, nous considérons que les batteries sont exclusivement de type NMC/NCA (bien qu'en réalité, ceci ne soit pas strictement exact – Bolloré utilise par exemple des batteries LMP ainsi que BYD qui a commercialisé des bus avec des batteries LFP). Mais au regard des volumes, cette approximation impacte peu les enjeux en matière de recyclage.

### 4.3.4 Prévision du marché des autres équipements

Pour ces prévisions, nous prenons comme base les prévisions globales d'AVICENNE ENERGY soit :

* Stockage stationnaire et applications industrielles : croissance de 3 GWh en 2015 à 23.7 GWh en 2025 et une progression de 15 % en moyenne entre 2025 et 2030.

* Produits électroniques grand public : croissance de 30.3 GWh en 2015 à 47.7 GWh à 2025 dans un contexte de baisse tendancielle du taux de croissance (du fait de la maturité de ce marché) qui aboutit à 51.6 GWh en 2030.

* Autres équipements (outillages, vélos électriques, équipements médicaux...) : croissance de 10.6 GWh en 2015 à 57.5 GWh en 2025 et 92.6 GWh en 2030 (ce sous-segment est principalement tiré par les vélos électriques).

Le marché Chinois sera le principal facteur de croissance et notamment sur les produits électroniques et les autres équipements.

On attribue des parts de marché (et leur évolution sur la période 2019-2030) par zones géographiques à ces trois sous-segments, on agglomère ensuite l'ensemble des résultats pour obtenir les prévisions ci-dessous.
<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>**Fig 34 :** Prévisions de ventes de batteries pour le segment « autres équipements » dans le monde (par zones géographiques)</figcaption></figure>

## 4.4 Scenarii d'évolution des volumes de batteries Li-ion en fin de vie et prévision du marché du recyclage

### 4.4.1 Rappel méthodologique

Pour évaluer les volumes en fin de vie, nous proposons d'abord de :

- Calculer les équivalences de poids pour traduire le marché de vente des batteries en tonnes (alors qu'il est exprimé en Wh ou en unité pour les batteries de VEH).

- Attribuer les poids moyens de batteries en fonction de la technologie utilisée, du segment de marché et du type de VEH (au sein du segment VEH)

- Etablir un profil de fin de vie en fonction des durées de vie des batteries (sur chaque marché produit). Pour les VEH et bus électriques, nous proposons un scénario de durée de vie courte (6 à 8 ans, ce qui correspond aux garanties constructeurs) et un scénario de vie longue (10 à 12 ans ce qui correspond aux premiers retours d'expérience des constructeurs)

- Envisager deux scénarii pour la quantité de batteries de VEH (BEV) pouvant avoir une seconde vie.

### 4.4.2 Equivalence entre capacité de stockage et poids moyen des batteries pour les VEH et Bus électriques

Les prévisions de ventes sont établies en nombre d'unités pour les VEH et en GWh pour les autres catégories (Bus électriques et autres équipements) or le marché du recyclage est à estimer en poids.

Pour estimer le marché des batteries en poids, nous devons utiliser quelques équivalences. Nous nous basons en premier lieu sur les densités d'énergie moyenne des différentes technologies pour en déduire le poids moyen pour une capacité d'1KWh. Nous avons ensuite considéré que le poids total
des batteries (en intégrant le BMS notamment) était 50 % supérieur au poids des cellules (voir tableau ci-dessous). Cette approximation est vérifiée dans le tableau 15.

<table><caption>**Tab. 14** : Poids des technologies Li-ion et Ni-MH</caption><thead><tr><th>Types de batteries</th><th>Densité d'énergie (Wh/Kg)</th><th>Equivalent poids cellules en Kg pour une capacité d'1 KWh</th><th>Equivalent poids batteries complètes en Kg (BMS...etc) pour une capacité d'1KWh</th></tr></thead><tbody><tr><td>LMO (Li-ion)</td><td>140</td><td>7,14</td><td>-</td></tr><tr><td>NCA (Li-ion)</td><td>240</td><td>4,17</td><td>6,26</td></tr><tr><td>LFP (Li-ion)</td><td>120</td><td>8,33</td><td>12,5</td></tr><tr><td>NMC (Li-ion)</td><td>200</td><td>5</td><td>7,5</td></tr><tr><td>Ni-MH</td><td>70</td><td>14,28</td><td>-</td></tr></tbody></table>

Une vérification sur quelques modèles spécifiques (données concernant les capacités et le poids des batteries collectées sur les fiches techniques constructeurs) nous permet de vérifier que cette méthode donne une approximation correcte en ce qui concerne les technologies NCA et NMC.

<table><caption>**Tab. 15** : Poids des batteries sur les principaux modèles de BEV</caption><thead><tr><th>Modèles BEV</th><th>Capacité de la batterie (en KWh)</th><th>Poids de la batterie (en Kg)</th><th>Poids par KWh</th><th>Technologie</th></tr></thead><tbody><tr><td>Chevrolet Bolt</td><td>60</td><td>435</td><td>7,25</td><td>NMC</td></tr><tr><td>Nissan Leaf</td><td>30</td><td>250</td><td>8,33</td><td>NMC</td></tr><tr><td>Tesla modèle S</td><td>75</td><td>480</td><td>6,40</td><td>NCA</td></tr><tr><td>Tesla modèle S</td><td>100</td><td>600</td><td>6,00</td><td>NCA</td></tr><tr><td>BMW i3</td><td>35</td><td>230</td><td>6,57</td><td>NMC</td></tr><tr><td>Renault Zoe</td><td>41</td><td>300</td><td>7,32</td><td>NMC</td></tr><tr><td>Hyundai kona Electric</td><td>64</td><td>445</td><td>6,95</td><td>NMC</td></tr></tbody></table>

N'ayant pas de données techniques suffisantes concernant le poids des batteries sur les véhicules utilisant la technologie LFP, nous considérons cependant que le rapport de 50 % supérieur, pour le poids de la batterie complète par rapport au poids de cellules, vérifié pour les technologies NCA et NMC reste valide pour le LFP.

Considérant que dans le cas général, les installations de recyclage pour les batteries NCA et NMC sont les mêmes, il n'y a pas lieu de distinguer ces technologies. (En revanche, le LFP sera pris en compte de manière séparée).

Selon la typologie de véhicules on utilisera donc les poids moyens de batterie suivants :

* Pour NCA et NMC : 7 Kg / KWh en moyenne

* Pour LFP : 12,5 Kg / KWh en moyenne

### 4.4.3 Equivalence entre capacité de stockage et poids moyens des batteries pour les autres équipements

Les autres équipements regroupent des types de batteries Li-ion assez diverses, du téléphone portable au stockage stationnaire.
Les technologies utilisées sont essentiellement LCO, LMO et NMC. La part du BMS dans le poids total n'est pas aussi important pour les batteries portables que pour les batteries de stockage stationnaire.

Ainsi, le poids des batteries par KWh peut varier entre un peu plus de 5 Kg et 9 Kg par KWh. Nous retiendrons une moyenne de 7 Kg / KWh sur ce segment, toutes technologies Li-ion confondues.

#### 4.4.4 Durée de vie et profils de fin de vie

Pour évaluer les volumes effectifs de batteries en fin de vie, il est nécessaire d'évaluer des profils de durée de vie. Nous formulons ces hypothèses pour chacun des segments de marché.

Nous considérons que ces profils sont similaires sur toutes les zones géographiques.

##### VEH

Les batteries de véhicules électriques peuvent avoir une durée de vie variable, en fonction de leur utilisation plus ou moins intensives et en fonction des modes de recharge adoptés.

Nous proposons deux scénarii. Le premier se base sur les durées de garantie proposées par les constructeurs en ce qui concerne les BEV qui s'étalent entre 6 et 8 ans (et/ou pour 160 à 200 000 km). C'est un scénario de « durée de vie courte ». En effet, les premiers retours d'expérience de la part des constructeurs semblent indiquer que la durée de vie effective des batteries aurait été nettement sous-estimée. Pour en tenir compte, nous étudions un deuxième scénario de « durée de vie longue » estimée entre 10 et 12 ans.

<figure><img src="image_38.png" /><figcaption>**Fig 35:** Profils de fin de vie des batteries de VEH – scénario « durée de vie courte »</figcaption></figure>
<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>**Fig 36 :** Profils de fin de vie des batteries de VEH – scénario « durée de vie longue »</figcaption></figure>

Avant que les batteries aient atteint leur durée de vie prévue (6 à 8 ans ou 10 à 12 ans selon le scénario), les quantités arrivées en fin de première vie sont minimes (il s'agit des batteries défectueuses, accidents...etc)

Dans le scénario « durée de vie courte », c'est entre la 7ème et la 11ème année que les batteries arrivent en fin de vie pour leur grande majorité. Le reste arrive plus tard, soit parce que la batterie elle-même conserve des performances suffisantes (du fait d'une utilisation optimisée) ou parce que le BEV, lui-même ne revient pas vers un centre de recyclage immédiatement après sa fin d'utilisation réelle.

Dans le scénario « durée de vie longue », les batteries arrivent en majorité en fin de vie entre la 11ème et la 14ème année.

Les PHEV et le HEV ont un profil de durée de vie plus allongé car on peut penser que ces véhicules continueront à être utilisés par un certain nombre de leur propriétaire même après que la batterie soit déficiente. Ce décalage est plus marqué dans le scénario « durée de vie courte ».

Dans tous les cas, on considère qu'au bout de 15 ans, la totalité des batteries de VEH sont arrivés en fin de vie et sont captés par une filière de recyclage.

## Bus électriques

Concernant les bus électriques, on prendra un profil de vie équivalent à celui des véhicules légers, en intégrant également les deux scénarii de durée de vie.

## Autres équipements

Concernant les autres équipements, les profils de vie sont différents en fonction des sous-segments :

Pour les batteries de stockage stationnaires et d'équipements industriels, nous prenons un profil identique à celui des BEV.
Pour les produits électroniques grands publics, qui ont des durées de vie plus courtes, nous nous basons sur les travaux d'EUCOBAT qui a étudié (pour la filière européenne des accumulateurs portables) l'arrivée en fin de vie des accumulateurs Li-ion mis sur le marché.

Nous considérons enfin que les « autres équipements » (médical, outillage, deux-roues) ont un profil de vie similaire aux produits électroniques grands publics.

<figure><img src="image_40.png" /><figcaption>**Fig 37 :** Profils de fin de vie des batteries pour la catégorie « autres équipements »</figcaption></figure>

Cependant, l'expérience de la filière acquise en Europe démontre que les tonnages en entrée des sites de recyclage ne correspondent pas au tonnage théorique de batteries en fin de vie. En réalité, une partie importante des batteries ne sont pas disponibles pour la collecte, pour différentes raisons (conservation par l'utilisateur des batteries usagées, exportations illégales ou non, élimination dans des filières non conformes, etc...).

La montée en puissance des systèmes de collecte se fait toujours de manière progressive. Par exemple, le partenariat entre Corepile et l'Union Sports et Cycles fin 2017 a permis de capter environ 15 000 batteries (40 T) de Vélos à Assistance Electrique (VAE), en 2018, ce qui correspond à 20 % des stocks annuels commercialisés durant la dernière décennie.

Pour ces autres équipements, nous apportons donc un coefficient rectificatif qui évolue en s'améliorant dans le temps (de 20 à 50 % de taux de collecte). En effet, on peut considérer que le taux de captage s'améliore avec l'ancienneté des filières (cette évolution est conforme à ce que nous constatons sur la filière des piles et accumulateurs portables en Europe).

**NB :** Pour les batteries de VEH et bus électriques, il nous semble cohérent d'envisager un taux de collecte de 100 % au regard de la prise en compte des enjeux (environnement, récupération des métaux) par les acteurs, et de la difficulté « d'égarer » des batteries de VEH en fin de vie dans d'autres flux de déchets (du fait de leur taille et leur poids).

#### 4.4.5 Potentiel de seconde vie

Pour évaluer les volumes à recycler il faut encore prendre en compte le potentiel de réemploi qui permet de retarder la fin de vie des batteries.
On ne prend en compte que le potentiel de réemploi des batteries de véhicules légers type BEV. En effet, ce potentiel apparaît trop faible sur les autres VEH (y compris les bus électriques dont les batteries font l'objet d'une utilisation plus intensive) et autres segments de marché pour avoir un impact significatif.

Nous estimons que ce potentiel de réemploi est variable. En effet on peut considérer notamment que les batteries arrivées en fin de vie avant la fin de période de garantie ne sont pas réemployables (défectueuses, accidentées). De même au-delà d'une durée de vie trop longue, on estime que leur potentiel de réemploi s'amenuise.

Ainsi le plus gros potentiel de réemploi concerne des batteries de BEV arrivées en fin de première vie entre la 6ème et la 8ème année (pour un scénario « durée de vie courte ») et entre la 10ème et la 12ème année (pour un scénario « durée de vie longue », il décroit ensuite.

Sur cette base, on utilise deux scénarii additionnels de réemploi :

* Le premier optimise le réemploi qui concerne 50 % du gisement en fin de vie (après 6 à 8 ans ou 10 à 12 ans de première utilisation).

* Le deuxième ne valorise que 20 % des batteries en fin de première vie (après 6 à 8 ans ou 10 à 12 ans de première utilisation)

## POTENTIEL DE SECONDE VIE (ne concerne que les batteries de BEV légers)

<table><caption>**Tab. 16** : Scénarii pour le % de réemploi des batteries de BEV (durée de vie 6 - 8 ans)</caption><thead><tr><td>Durée de vie</td><td>Scénario 1 (optimisation du réemploi)</td><td>Scénario 2</td></tr></thead><tbody><tr><td>&lt; 6 ans</td><td>0%</td><td>0%</td></tr><tr><td>6 à 8 ans</td><td>50%</td><td>20%</td></tr><tr><td>9 ans</td><td>30%</td><td>10%</td></tr><tr><td>10 ans</td><td>10%</td><td>5%</td></tr><tr><td>&gt; 10 ans</td><td>0%</td><td>0%</td></tr></tbody></table>

## POTENTIEL DE SECONDE VIE (ne concerne que les batteries de BEV légers)

<table><caption>**Tab. 17** : Scénarii pour le % de réemploi des batteries de BEV (durée de vie 10 - 12 ans)</caption><thead><tr><td>Durée de vie</td><td>Scénario 1 (optimisation du réemploi)</td><td>Scénario 2</td></tr></thead><tbody><tr><td>&lt; 10 ans</td><td>0%</td><td>0%</td></tr><tr><td>10 à 12 ans</td><td>50%</td><td>20%</td></tr><tr><td>13 ans</td><td>30%</td><td>10%</td></tr><tr><td>14 ans</td><td>10%</td><td>5%</td></tr><tr><td>&gt; 14 ans</td><td>0%</td><td>0%</td></tr></tbody></table>
4.4.6 Estimation des volumes de batteries Li-ion en fin de vie selon les zones géographiques

Après avoir pris en compte les hypothèses précédentes, nous évaluons les volumes de batteries Li-ion (avec un traitement séparé du LFP en ce qui concerne la Chine). Les tonnages représentés dans les graphiques ci-après ne prennent en compte que le poids des cellules (hors BMS et Casing).

Les volumes de batteries en fin de vie évalués par le calcul sont cohérents avec les chiffres connus sur la filière européenne en ce qui concerne les volumes traités. En effet, la compilation des données d'EUCOBAT<fnref n="117" /> et celles du rapport d'évaluation de la filière européenne réalisé dans le cadre de la révision de la directive<fnref n="118" />, nous permet d'estimer à environ 10 200 T la quantité de batteries Li-ion effectivement recyclées en 2015. Nos travaux nous donnent une estimation de 14 900 T réellement disponibles pour la collecte pour la même année, en sachant que ce total intègre une partie de batteries Ni-MH<fnref n="119" />.

Pour chaque zone géographique, l'estimation des tonnages est proposée avant et après réemploi. En sachant que le réemploi reporte les volumes à recycler de 5 à 10 ans.

Chine

<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>Fig 38 : Estimation des tonnages de cellules LFP en fin de vie en Chine</figcaption></figure>

<footnote n="117">¹¹⁷ En 2015, l'extrapolation des chiffres d'Eucobat permettent d'estimer à environ 6000 T la quantité de batteries Li-ion portables effectivement recyclée en Europe</footnote>

<footnote n="118">¹¹⁸ Final report : Study in Support of evaluation of the directive 2006/66/EC on batteries and accumulators and waste batteries and accumulators - European Commission - DG Environment A.2. le 8 Octobre 2018</footnote>

<footnote n="119">¹¹⁹ Par exemple la Toyota PRIUS vendues à 1 Millions d'exemplaires utilise du Ni-MH et non du Li-ion, nous n'avons pas fait cette distinction. En effet une approche spécifique n'aurait pas modifié les tonnages estimés de manière suffisamment importante pour modifier les enjeux, d'autant plus que les batteries Ni-MH et Li-ion suivent dans de nombreux cas les mêmes procédés de recyclage.</footnote>
En 2020, c'est entre 11 000 T/an et 20 000 T/an de cellules de batteries LFP qui devront être
recyclées en Chine en fonction de la durée de vie des batteries de VEH. Les volumes croient
rapidement une fois que les premiers VEH arrivent en fin de vie. L'allongement de la durée de vie a
pour effet de décaler l'arrivée des volumes en fin de vie. Cependant, du fait d'une baisse de
l'utilisation de la technologie LFP, le niveau des tonnages en fin de vie se rejoint, quels que soient les
scénarii, autour de 180 000 T/an en 2030.

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>**Fig 39 :** Estimation des tonnages de cellules LFP en fin de vie en Chine en considérant le réemploi</figcaption></figure>

Une activité de réemploi, même performante, ne réduirait que de 15 000 tonnes/an au mieux les quantités à recycler entre 2025 et 2030.

**NB :** les scénarii de réemploi notés « mini » correspondent à un volume minimum de cellules à recycler (c'est-à-dire à un scénario d'optimisation du réemploi). A l'inverse, les scénarii de réemploi notés « maxi » correspondent à un volume maximum de cellules à recycler (c'est-à-dire un scénario de réemploi non optimal)
<figure><img src="image_43.png" /><figcaption>**Fig 40 :** Estimation des tonnages de cellules Li-ion (hors LFP) en fin de vie en Chine</figcaption></figure>

Concernant les cellules Li-ion hors LFP, c'est entre 22 000 T/an et 44 000 T/an qui seront à recycler en 2020 en fonction de la durée de vie des batteries de VEH. Et entre 76 000 T/an et près de 200 000 T/an en 2025. A horizon 2030, une durée de vie plus longue entraine une division par deux (à 300 000 T/an environ) des volumes à recycler.

<figure><img src="image_44.png" /><figcaption>**Fig 41 :** Estimation des tonnages de cellules Li-ion (hors LFP) en fin de vie en Chine en considérant le réemploi</figcaption></figure>

Même avec une activité de réemploi soutenue, l'impact sur les volumes à recycler reste faible sur la période étudiée (il est plus important dans le scénario « durée de vie courte » puisque l'arrivée plus
importante de batteries en fin de première vie dope les activités de réemploi). En réalité, l'impact du réemploi s'accroit au-delà de 2030.

**NB** : les scénarii de réemploi notés « mini » correspondent à un volume minimum de cellules à recycler (c'est-à-dire à un scénario d'optimisation du réemploi). A l'inverse, les scénarii de réemploi notés « maxi » correspondent à un volume maximum de cellules à recycler (c'est-à-dire un scénario de réemploi non optimal)

## Etats-Unis

<figure><img src="image_45.png" /><figcaption>**Fig 42** : Estimation des tonnages de cellules Li-ion en fin de vie aux Etats-Unis</figcaption></figure>

Dès 2020, près entre 39 000 T et 45 000 T de cellules Li-ion arrivent chaque année en fin de vie. Entre 128 000 et 227 000 T en 2030 en fonction de la durée de vie des batteries de VEH.

<figure><img src="image_46.png" /><figcaption>**Fig 43** : Estimation des tonnages de cellules li-ion en fin de vie aux Etats-Unis en prenant en compte le réemploi</figcaption></figure>
Même dans le cas d'un fort taux de réemploi, c'est entre 75 000 T/an et 104 000 T/an en 2025 et entre 118 000 T/an et 214 000 T de cellules en 2030 qui devront être recyclées aux Etats-Unis. L'impact du réemploi reste assez faible (entre 5 et 10 % du total des volumes en fin de vie en 2030), il s'accroit au-delà de la période étudiée.

**NB** : les scénarii de réemploi notés « mini » correspondent à un volume minimum de cellules à recycler (c'est-à-dire à un scénario d'optimisation du réemploi). A l'inverse, les scénarii de réemploi notés « maxi » correspondent à un volume maximum de cellules à recycler (c'est-à-dire un scénario de réemploi non optimal)

### Europe

<figure><img src="image_47.png" /><figcaption>**Fig 44** : Estimation des tonnages de cellules li-ion en fin de vie En Europe</figcaption></figure>

En Europe, c'est environ 40 000 T de cellules Li-ion qui seront à recycler en 2020, entre 82 000 T/an et 104 000 T/an en 2025 et de 157 000 T/an à 200 000 T/an en 2030 en fonction de la durée de vie des batteries VEH.

<figure><img src="image_48.png" /><figcaption>**Fig 45** : Estimation des tonnages de cellules li-ion en fin de vie En Europe en prenant en compte le réemploi</figcaption></figure>
Même dans le cas d'un fort taux de réemploi, c'est entre 79 000 T/an et 101 000 T/an en 2025 et entre 144 000 T/an et 202 000 T/an de cellules en 2030 qui devront être recyclées en Europe. L'impact du réemploi reste assez faible (entre 5 et 10 % du total des volumes en fin de vie en 2030), il s'accroit au-delà de la période étudiée.

**NB** : les scénarii de réemploi notés « mini » correspondent à un volume minimum de cellules à recycler (c'est-à-dire à un scénario d'optimisation du réemploi). A l'inverse, les scénarii de réemploi notés « maxi » correspondent à un volume maximum de cellules à recycler (c'est-à-dire un scénario de réemploi non optimal)

Japon

<figure><img src="image_49.png" /><figcaption>**Fig 46** : Estimation des tonnages de cellules li-ion en fin de vie au Japon</figcaption></figure>

Au Japon, c'est 8 000 T à 11 000 T de cellules Li-ion qui seront à recycler en 2020, 20 000 T à 22 000 T en 2025 en fonction de la durée de vie des batteries. Et 34 000 T à 42 000 T/an en 2030.
<figure><img src="image_50.png" /><figcaption>**Fig 47 :** Estimation des tonnages de cellules Li-ion en fin de vie au Japon en prenant en compte le réemploi</figcaption></figure>

Même dans le cas d'un fort taux de réemploi, c'est entre 8 000 T/an et 11 000 T/an en 2025 et entre 32 000 T/an et 41 000 T/an de cellules en 2030 qui devront être recyclées au Japon. L'impact du réemploi reste assez faible (entre 5 et 10 % du total des volumes en fin de vie en 2030), il s'accroit au-delà de la période étudiée.

**NB** : les scénarii de réemploi notés « mini » correspondent à un volume minimum de cellules à recycler (c'est-à-dire à un scénario d'optimisation du réemploi). A l'inverse, les scénarii de réemploi notés « maxi » correspondent à un volume maximum de cellules à recycler (c'est-à-dire un scénario de réemploi non optimal).

Sur toutes les zones géographiques en dehors de la Chine, l'allongement de la durée de vie des batteries a un impact très faible jusqu'en 2020 et qui s'accroit progressivement ensuite. Ceci est du au fait qu'en début de période les tonnages principaux de batteries en fin de vie proviennent des autres segments de marché (et non des VEH). Les principaux impacts en matière d'allongement de la durée de vie et de l'optimisation du réemploi se feront sentir au-delà de 2030.

### 4.4.7 Adéquation des capacités de recyclage

Quels que soit les scénarii de croissance des ventes, et même dans le cas d'un réemploi important les quantités de cellules Li-ion arrivant en fin de vie seront en forte augmentation dans les années à venir. En moyenne elles doublent tous les 5 ans à partir de 2020 en Europe, aux Etats Unis et au Japon. En Chine les quantités sont multipliées par 10 entre 2020 et 2030.

En 2017, E4TECH<fnref n="120" /> évalue à 8000 T les capacités de recyclage de batteries Li-ion en Europe. Cette évaluation est certainement en dessous de la réalité. D'autres travaux de compilation<fnref n="121" /> évaluent les capacités mondiales suivante en 2017 :

<footnote n="120">¹²⁰ Li-ion battery recycling : Imperative and opportunity (Adam Chase E4tech – Battery event Nice, 4 Octobre 2017)</footnote>

<footnote n="121">¹²¹ A Critical Review and Analysis on the Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries (Weiguang Lv, Zhonghang Wang, Hongbin Cao, Yong Sun, Yi Zhang, and Zhi Sun) – December 2017</footnote>
<figure><img src="image_51.png" /><figcaption>**Fig 48.** Capacités de traitement des batteries Li-ion dans le monde en fonction des typologies de procédés (pour 30 sociétés identifiées)</figcaption></figure>

Soit une capacité totale dans le monde d'environ 60 000 Tonnes.

En additionnant les capacités connues des entreprises identifiées dans le cadre de cette étude (Voir ANNEXE 8) et en extrapolant sur les capacités non documentées, nous proposons l'estimation suivante pour les capacités de traitement de batteries Li-ion en 2018 :

<table><caption>**Tab. 17** : capacités de recyclage des batteries Li-ion</caption><thead><tr><td>Zones géographiques</td><td>Capacités identifiées (en T/an)</td><td>Capacités réelles estimées (en T/an)</td><td>Typologie dominante des traitements</td></tr></thead><tbody><tr><td>Europe</td><td>> 13300</td><td>20 000</td><td>Pyro et hydro</td></tr><tr><td>USA / Canada</td><td>> 12500</td><td>15 000</td><td>Pyro</td></tr><tr><td>Japon</td><td>> 3350</td><td>3500</td><td>Pyro et hydro</td></tr><tr><td>Chine / Corée du Sud / Singapour</td><td>> 44 800</td><td>50 000</td><td>Hydro</td></tr></tbody></table>

Concernant l'Europe, étant données les quantités collectées et de l'avis des acteurs, l'industrie du recyclage présente encore des capacités excédentaires. En revanche, si les hypothèses de taux de collecte sont correctes, elles devraient être rapidement dépassées avec potentiellement 40 000 T à recycler dès 2020.

Le Japon est dans une situation similaire, avec des capacités actuellement excédentaires mais qui pourraient être dépassées dès 2020.
Aux-Etats-Unis, à peine 5 % des batteries Li-ion en fin de vie sont actuellement recyclées. Les capacités sont largement excédentaires. En revanche, si l'ensemble des batteries Li-ion en fin de vie devaient être recyclées, l'Amérique du Nord n'a pas les capacités suffisantes dès maintenant.

La Chine, avec les principaux fabricants de précurseurs pour cathodes de batteries Li-ion qui se positionnent avec de grandes capacités de recyclage semble être en mesure de répondre à ses besoins à court terme. En revanche, les capacités de recyclage seront également dépassées après 2020.

Plusieurs acteurs annoncent leur intention d'investir dans le recyclage des batteries Li-ion. AMI (American Manganese Inc) aux Etats-Unis, BYD en Chine, SungEel HiTech qui prévoit de multiplier par 5 ses capacités actuelles (800 T) avec des projets d'investissements aux Etats-Unis, en Inde et en Hongrie notamment mais ces investissements sont insuffisants dans une perspective à 5 – 10 ans.

Les effets du réemploi sont assez faibles sur la période étudiée. En 2030, Le réemploi permet de différer entre 5% et 10% des tonnages en fin de vie (près de 20 % en Chine car la fraction de tonnages due aux VEH y est plus importante que sur les autres zones géographiques). L'effet du réemploi s'accroît avec le temps et impacte le marché de manière plus significative au-delà de 2030.

Au regard des quantités de batteries Li-ion en fin de vie qui seront potentiellement générées, les capacités de recyclage actuellement en service seront rapidement insuffisantes sur toutes les zones géographiques.

Cependant, il faut rappeler que les tonnages en fin de vie estimés dans le cadre de cette étude ne sont pas forcément représentatifs des tonnages effectifs à recycler. En premier lieu, sans une réglementation contraignante, seule une petite partie des batteries en fin de vie sont recyclées, la majorité du flux étant éliminé notamment en enfouissement (Australie, Etats-Unis).

En second lieu, les quantités en entrée d'installation dépendent de la collecte. Les estimations considèrent que le taux de collecte des batteries de VEH en fin de vie sera de 100 %. Or, concernant les batteries de VEH, tout reste à mettre en place pour une collecte systématique sur des volumes importants. La participation des constructeurs automobiles sera déterminante pour la structuration d'une filière de collecte performante.

En Europe, les acteurs de la filière VHU joueront un rôle déterminant. En France l'INDRA<fnref n="122" /> centralise depuis plusieurs années le démantèlement des VEH accidentés sur son site de Pruniers en Sologne (41). Ceci a permis, en partenariat avec certains constructeurs, de développer des outils et des méthodes spécifiques et d'avoir un bon retour d'expérience sur les véhicules accidentés (batteries fortement incarcérées, détériorées, inondées, partiellement brulées, ayant subi des perforations...etc).

Mais les enjeux à venir restent très importants. Il s'agit de disséminer les compétences acquises au sein du réseau (mise en sécurité, procédure de démontage). En second lieu il est nécessaire d'améliorer les canaux de communication avec les metteurs en marché afin qu'ils assurent rapidement la prise en charge des batteries démontées (si les constructeurs implantés sur le territoire sont réactifs, la situation est plus compliquée avec les importateurs). Enfin, l'INDRA souligne que les couts additionnels liés à la mise en sécurité, au démontage de la batterie (estimés à 45 minutes supplémentaires) et au stockage ne sont pas financés à ce jour.

<footnote n="122">¹²² INDRA est un acteur majeur du recyclage des VHU en France avec 380 centres de démantèlement (dépositaires de la marque et partenaires)</footnote>
## CONCLUSION

Le marché des batteries est en très forte croissance sur les 20 dernières années. Cette croissance va se poursuivre sur les prochaines années avec un marché tiré en premier lieu par les VEH et dans une moindre mesure par le stockage stationnaire (associé au développement des EnR), le marché des applications mobile restant lui aussi en croissance en particulier en Asie/Pacifique.

Dans ce contexte ce sont les batteries Li-ion qui accaparent largement cette croissance.

Au regard des impacts environnementaux des batteries en fin de vie et des risques de pénurie des métaux utilisés dans leur fabrication (Cobalt en particulier), le recyclage des batteries Li-ion devient un enjeu majeur pour les années à venir.

Les procédés de recyclage sont pour la plupart connus et maitrisés puisqu'ils sont déjà utilisés par l'industrie (extraction et affinage des métaux). Seul le domaine des procédés de valorisation directe pourrait être de nature à apporter des innovations intéressantes puisqu'ils permettent en théorie de limiter les impacts environnementaux et d'améliorer les rendements de recyclage. Mais ces procédés restent encore expérimentaux.

Les procédés actuels de recyclage sont couteux, et pour la plupart non rentables (en dehors du recyclage des batteries Ni-MH et LCO). Le développement des activités de recyclage repose donc d'une part sur la mise en place de réglementations spécifiques ayant pour but d'interdire les solutions alternatives et rendre obligatoire le recyclage (c'est le cas en Europe et au Japon avec la mise en place de filières REP) et d'autre part sur l'amélioration de la rentabilité des opérations.

En attendant l'éventuelle mise au point des procédés de valorisation directe (dont la rentabilité n'est pas assurée) et considérant que les procédés hydro et pyro-métallurgiques, déjà largement explorés présentent peu de marge d'amélioration, il est nécessaire de trouver d'autres leviers.

Le potentiel de réduction des couts de recyclage se situe principalement en amont de la chaine, sur les opérations de pré-traitement : test/décharge, réemploi, démontage et démantèlement. Le développement du réemploi et l'automatisation du démantèlement s'ils apparaissent comme les principaux leviers ne peuvent être développés sans une coopération avec les fabricants et assembleurs de batteries. En effet, la rationalisation de ces activités n'est possible que par une standardisation au moins partielle des batteries (qui permet l'automatisation du démontage et du démantèlement) et un accès aux informations du BMS pour optimiser le test et le réemploi des cellules.

Le secteur de la fabrication des batteries est déjà aujourd'hui le principal consommateur de Cobalt et de Lithium (> 50 %) et absorbe aussi une part non négligeable de sel de Nickel de grande pureté (NiSO₄ en particulier). A l'avenir, si les recycleurs veulent sécuriser la valorisation de leurs extrants ils devront fermer la boucle de recyclage. Dans cette optique, l'intégration des activités d'affinage de métaux et donc la maitrise des procédés hydro-métallurgiques apparaît comme un enjeu stratégique dans la chaine du recyclage des batteries.

Au regard des quantités de batteries en fin de vie attendues sur les années à venir, les capacités de recyclage actuelle devraient être rapidement dépassées quelles que soient les zones géographiques étudiées (Chine, Europe, Etats-Unis et Japon)... sous réserve que des réglementations adéquates soient mises en œuvre pour que ces batteries soient effectivement recyclées.

Alors qu'il apparaît nécessaire d'investir dans de nouvelles capacités de recyclage pour absorber le gisement de batteries Li-ion en fin de vie à venir, la question du positionnement sur la chaine de recyclage anime l'ensemble des acteurs.
En Europe et au Japon la mise en place d'une filière REP a favorisé l'émergence de recycleurs spécialisés, qui gèrent souvent des flux en mélange de batteries portables et dont le savoir-faire spécifique se situe principalement sur le tri et la séparation des flux. A part quelques exceptions, la plupart mettent en œuvre des procédés mécaniques et/ou pyro-métallurgiques et valorisent leurs extrants en boucle ouverte ou auprès d'affineurs de métaux dont l'activité n'est pas dédiée au traitement de blackmass issue de batteries.

Au Etats-Unis, ce sont en majorité les acteurs de la métallurgie extractive (et affinage des métaux) qui investissent le secteur du recyclage et intègrent, par opportunité, des batteries en fin de vie dans leurs flux entrants. Dans un contexte peu réglementé, la majorité des flux ne sont pas recyclés. Les acteurs se focalisent sur les flux à forte valeur.

En Chine qui est le principal pays concerné (> 50 % du marché mondial de la fabrication de batteries et > 50 % du marché des VEH), sous la pression des autorités, on assiste à une intégration des activités de recyclage par les acteurs aval de la chaine de fabrication des batteries (fabricants de VEH, de batteries, de cathode, de précurseurs).
# ANNEXE 1 :

## Généralités Techniques et définitions concernant les batteries et accumulateurs

### Table des matières

<table><tr><td>• Définitions et principe de fonctionnement</td><td>132</td></tr><tr><td>• Constituants matériel d'un accumulateur</td><td>134</td></tr><tr><td>• Principales caractéristiques d'une batterie</td><td>134</td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;o Définition d'une batterie</td><td>134</td></tr><tr><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;o Grandeurs caractéristiques d'une batterie</td><td>135</td></tr><tr><td>• Résumé des enjeux technologiques liés à la performance des batteries</td><td>137</td></tr></table>
## Définitions et principe de fonctionnement

Les accumulateurs sont des systèmes électrochimiques, qui stockent de l'énergie sous forme chimique et la restituent sous forme électrique. Les accumulateurs sont basés sur un système électrochimique réversible et sont donc rechargeables par définition.

L'accumulation ou stockage (phase de charge) ou la restitution (phase de décharge) utilisent la migration des électrons entre deux électrodes : l'anode et la cathode. Cette migration est basée sur le principe chimique d'oxydo-réduction.

L'oxydation désigne la perte (ou émission) d'électron au niveau de l'anode. Celle-ci est constituée d'un matériau dit « réducteur ». La réduction désigne le gain (ou absorption) d'électron au niveau de la cathode. Celle-ci est constituée d'un matériau dit « oxydant ».

Le potentiel d'oxydo-réduction (ou potentiel redox) d'un matériau, positif (dans le cas d'un oxydant), ou négatif (dans le cas d'un réducteur)<fnref n="123" /> est une caractéristique propre au matériau et mesurée par rapport à une électrode de référence constituée d'hydrogène et dont le potentiel redox est 0 par convention (voir tab 1.). La température, la pression, le pH et la concentration de la solution électrolytique (voir plus loin) influant sur la valeur du potentiel redox, celui-ci est mesuré dans des conditions standards.

On parlera ainsi de potentiel standard d'oxydo-réduction.

<table><caption>**Tab 1** : caractéristiques des matériaux d'électrodes négatives</caption><thead><tr><td>Matériaux</td><td>Potentiel de réduction standard à 25°C (V/ENH *)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Li</td><td>-3,04</td></tr><tr><td>Ca</td><td>-2,84</td></tr><tr><td>Na</td><td>-2,71</td></tr><tr><td>Mg</td><td>-2,38</td></tr><tr><td>Al</td><td>-1,66</td></tr><tr><td>MH</td><td>-0,83</td></tr><tr><td>Zn</td><td>-0,76</td></tr><tr><td>Fe</td><td>-0,44</td></tr><tr><td>Cd</td><td>-0,4</td></tr><tr><td>Pb</td><td>-0,13</td></tr><tr><td>H2</td><td>0</td></tr></tbody></table>

En théorie, de nombreux couples chimiques (c'est-à-dire les matériaux constituants l'anode et la cathode) peuvent être utilisés pour la réalisation d'accumulateurs électriques. Il suffit qu'il existe entre ces constituants un potentiel d'oxydo-réduction.

<footnote>*Ce potentiel est exprimé par rapport à une référence, mesurée par une électrode normale à hydrogène (ENH). Il est exprimé en Volts, d'où l'unité V/ENH</footnote>

<footnote n="123">¹²³ Il faut noter que la notion d'oxydant ou de réducteur reste relative. Par exemple, l'aluminium qui est un réducteur par définition puisqu'il a un potentiel de réduction négatif (-1,66 Volt) devient oxydant s'il est associé à un réducteur dont le potentiel de réduction est plus important tel que le Lithium par exemple (-3,04 Volts)</footnote>
Pour des raisons diverses liées à la toxicité de certains matériaux, leur forte réactivité, l'existence de réactions chimiques parasites, les contraintes de poids... etc, les associations donnant lieu à la fabrication de batteries à une échelle commerciale sont en pratique assez limitées.

Pour que la réaction d'oxydo-réduction se produise, les deux électrodes doivent baigner dans une solution électrolytique (ou électrolyte) contenant des ions mobiles qui permettent la conduction. La réaction entre la solution électrolytique et les électrodes est à l'origine du déplacement des électrons (dans le circuit), et des ions (dans la solution). Ainsi, l'électrolyte a pour fonction d'assurer la conduction ionique et, plus généralement, de participer à la réaction chimique. En général, il est sous forme liquide constitué d'eau ou d'autres solvants, avec des sels, des acides ou des composants alcalins afin d'augmenter la conductivité ionique. Cependant, certaines batteries utilisent des électrolytes solides, formant des conducteurs ioniques aux températures de fonctionnement.

Lors de la décharge, la réaction électrochimique est spontanée. Elle engendre le déplacement des électrons et donc un courant électrique au travers du récepteur (une lampe par exemple). La phase de charge est le processus inverse, il est réalisé en délivrant un courant électrique à l'accumulateur (donc un déplacement forcé d'électrons).

<figure><img src="image_52.png" /><figcaption>**Fig 1** : Schéma de principe d'une réaction d'oxydoréduction dans une cellule électrochimique.
Source: site Sciences de l'Ingénieur de l'ENS Paris-Saclay</figcaption></figure>

En phase de décharge, des électrons se déplacent de l'électrode négative (anode) vers l'électrode positive (cathode en passant par un fil conducteur qui alimente un récepteur. Une réaction d'oxydation se produit à l'électrode négative suite au manque d'électrons. Cette réaction libère un ion positif. De même, en arrivant sur l'électrode positive, les électrons vont produire une réduction à l'interface électrochimique, ce qui libère un ion négatif.

Les ions issus de ce transfert d'électrons traversent l'électrolyte et migrent entre cathode et anode à travers le séparateur.

**Remarque :**

On peut noter l'inversion de la cathode et de l'anode lors de la phase de recharge d'un accumulateur résultant de l'inversion du sens de circulation des électrons. Au sens strictement chimique, les notions d'anode et de cathode ont donc peu de pertinence au sein d'un accumulateur. Cependant, conformément aux conventions de l'industrie, lorsque nous parlerons des composants d'un accumulateur (et plus généralement des batteries), nous nommerons cathode le lieu de la réduction (gain d'électrons) et l'anode le lieu de l'oxydation (perte d'électrons) pendant la phase d'utilisation de l'énergie électrique donc pendant la phase de décharge
* **Constituants matériel d'un accumulateur**

Un accumulateur est constitué de 3 composants principaux :

* L'anode qui fournit les électrons au circuit externe et subit des réactions d'oxydation pendant la phase de décharge.

* La cathode qui accueille les électrons venant du circuit externe (envoyés par l'anode), et subit des réactions de réduction pendant la phase de décharge.

* L'électrolyte qui assure le transfert de charge, sous forme ionique, dans la cellule entre l'anode et la cathode.

Et d'un quatrième,

* Le séparateur qui est une membrane isolante, destinée à séparer les électrodes électriquement afin d'éviter les courts-circuits internes à la cellule. Ce séparateur est poreux car il doit permettre aux ions de le traverser pour migrer entre anode et cathode.

L'ensemble des éléments constitutifs (sels, solvants, liants, collecteurs utilisés pour l'anode, la cathode et l'électrolyte et les matières actives des électrodes doivent être compatibles afin d'éviter les réactions parasites.

* **Principales caractéristiques d'une batterie**

* **Définition d'une batterie**

On appelle batterie d'accumulateurs ou plus communément **batterie**, un ensemble d'accumulateurs électriques reliés entre eux, en série et/ou en parallèle selon la capacité ou la tension désirée, sachant qu'un montage en série additionne la tension des accumulateurs et un montage en parallèle additionne les capacités. Dans l'industrie, on utilisera plus souvent le terme d'élément ou de cellule (plutôt que d'accumulateurs).

La fabrication d'une batterie répond à l'exigence d'utilisation pour un appareil donné. Cette exigence concernera sa tension, sa capacité, sa durée de vie, ses dimensions et contraintes mécaniques.

A titre d'exemple, une batterie d'ordinateur portable est généralement un assemblage de 4 cellules Li-ion afin d'obtenir une tension nominale de 14,4 Volts<fnref n="124" />. On peut ensuite assembler en parallèle, plusieurs blocs de 4 cellules afin d'augmenter la capacité de la batterie (et donc son autonomie).

Pour une batterie de véhicule électrique ou de stockage pour une installation photovoltaïque individuelle dont la capacité requise est de l'ordre de 200 Ah et la tension de 12 à 48 Volts, ce sont plusieurs centaines de cellules assemblées en série et parallèle qui forment la batterie.

Il est évident que les contraintes de poids et de dimension auront moins d'importance pour un stockage stationnaire que pour alimenter un dispositif mobile (par exemple un ordinateur portable ou encore un véhicule électrique).

<footnote n="124">¹²⁴ La tension nominale d'une cellule Li-ion standard est de 3,6 Volts</footnote>
## ○ Grandeurs caractéristiques d'une batterie

On nomme grandeurs caractéristiques d'une batterie, les données intrinsèques relatives à ses performances. Ces caractéristiques sont liées aux matériaux constitutifs de la batterie et sont communiquées par le fabricant. Elles sont théoriques car mesurées dans un environnement et selon un profil d'utilisation standard. Ces grandeurs caractéristiques sont toutefois des éléments de comparaison entre batteries et donc de sélection en fonction des applications de destination.

### ▪ La force électromotrice (ou tension à vide)

La force électromotrice, d'une batterie ou tension à vide (exprimée Volts), correspond à la différence de potentiel standard d'oxydo-réduction entre anode et cathode<fnref n="125" />.

La force électromotrice d'une batterie dépend donc de la nature des matériaux constituants les électrodes.

En pratique elle dépend également de l'état de charge de la batterie et des conditions extérieures, notamment la température.

### Définitions associées :

* La **Tension nominale** d'un accumulateur est souvent donnée par les constructeurs de batteries comme caractéristique dimensionnante. Elle correspond en général à la tension à vide pour un état de charge de 50% mesurée à température ambiante.

* La **Tension minimale** d'une batterie correspond à la tension en dessous de laquelle il ne faut pas descendre dans le cas d'une décharge sous peine d'endommager la batterie.

* La **Tension maximale** d'une batterie est la tension qu'il ne faut pas dépasser pour éviter de l'endommager. Ceci concerne essentiellement la phase de charge. En effet, pour charger une batterie dans des délais raisonnables (ou pour la maintenir en charge), on lui applique une tension supérieure à sa tension à vide. Cette surtension peut endommager la batterie. Les batteries Li-ion et Ni-MH sont particulièrement sensibles dans ce domaine.

### ▪ La capacité nominale

La capacité nominale d'une batterie (exprimée en Ampère-heure) est la quantité d'énergie électrique qu'elle est capable de stocker... et donc de restituer après avoir reçu une charge complète. Ainsi une batterie de 8Ah se décharge en 1h en fournissant un courant de 8A. Cette capacité nominale correspond à un régime de courant de décharge donné, une tension d'arrêt et une température définis.

La capacité d'une batterie est donc liée à la quantité de matière disponible des différentes espèces impliquées dans les réactions redox (la matière est un réservoir d'ions, plus il y a de matière plus il y a d'ions qui peuvent migrer)

Plus sa capacité nominale sera élevée et plus une batterie aura d'autonomie (pour un profil d'utilisation donné).

<footnote n="125">¹²⁵ Par analogie la tension peut être assimilée à la hauteur d'une chute d'eau, qui est égale à la différence entre les altitudes (potentiels) de départ et d'arrivée. Cette tension est à distinguer de l'intensité qui peut être assimilée au débit de la chute d'eau qui ne dépend pas de la hauteur de la cascade mais seulement de la quantité d'eau disponible en amont de la cascade.</footnote>
* **La capacité massique**

La capacité massique d'une batterie (exprimée en Wh/kg), aussi appelée densité énergétique, densité d'énergie massique ou encore énergie spécifique, correspond à la quantité d'énergie qu'elle peut restituer par rapport à sa masse.

Pour une quantité d'énergie donnée, plus sa capacité massique sera élevée et plus la batterie sera légère. Ce facteur est donc particulièrement important dans le cadre des applications mobiles (véhicules électriques, Vélos à assistance électrique, ...) ou portables (outillage, laptops, téléphones...)

On définit de manière analogue la densité de puissance (exprimée en W/Kg) ainsi que la densité volumique d'énergie qui est le ratio entre la quantité d'énergie stockée dans la batterie (respectivement la puissance maximum qu'elle est capable de délivrer) et son volume. Cette grandeur s'exprime en Wh/l (respectivement en W/l).

* **La durée de vie**

La durée de vie d'une batterie est estimée par sa cyclabilité, c'est-à-dire le nombre moyen de cycles charge/décharge qu'elle peut effectuer. Généralement, on considère qu'une batterie a atteint sa limite de cyclabilité dès lors que sa recharge plafonne à 80% de sa capacité initiale.

Le niveau maximum de recharge décroit du fait d'une dégradation progressive de la qualité des réactions chimiques. En effet, la répétition des cycles de charge et décharge provoque divers phénomènes entrainant la dégradation de l'électrolyte, des électrodes et du séparateur.

Le nombre de cycle théorique est lié aux constituants de la batterie mais en pratique le nombre de cycles varie fortement en fonction de son profil d'utilisation ainsi que des conditions extérieures (T°).

Les batteries subissent également un vieillissement « calendaire ». C'est-à-dire qu'une batterie au repos subit une réduction de ses performances (qui dépend notamment de la T° et du niveau de charge). Ce vieillissement sera à prendre en considération pour les batteries peu sollicitées en cyclage.

**Remarque concernant la durée de vie :**

L'atteinte de sa limite de cyclabilité ne signifie pas forcément la fin de vie d'une batterie. En effet, selon son application, l'utilisateur peut continuer à utiliser la batterie malgré sa performance amoindrie. Mais il est aussi possible de transférer une telle batterie vers une application moins exigeante en matière de performance initiale. Dans ce cadre, nous verrons plus loin dans l'étude le fort potentiel de seconde vie en « vehicle to grid », c'est à dire le ré-emploi de batteries de véhicules électriques pour du stockage stationnaire.

* **L'autodécharge**

Même lorsqu'elle n'est pas en fonctionnement (c'est-à-dire sans connexion à un récepteur), une batterie subit une réduction progressive de son niveau de charge.

Lorsqu'une batterie n'est pas utilisée très régulièrement dans un enchaînement de phases de charges et décharges, (par exemple pour une fonction de secours), il sera donc nécessaire de contrôler et maintenir son niveau de charge.

Selon la typologie des batteries, les phénomènes d'autodécharge sont plus ou moins importants.
• Résumé des enjeux technologiques liés à la performance des batteries

Au regard de ces principes, on comprend les grands enjeux technologiques liés à la performance des batteries qui guident la R&D et expliquent la domination sur le marché de certaines technologies.

Au-delà de caractéristiques spécifiques liées au service attendu et à l'environnement d'utilisation, une batterie performante sera donc obtenue en couplant un réducteur dont le potentiel standard est le plus bas possible avec un oxydant dont le potentiel standard est le plus élevé possible (pour maximiser la force électromotrice et donc la puissance disponible).

Une fois les deux matériaux d'électrodes sélectionnés, l'enjeu est de trouver un électrolyte adapté, c'est-à-dire le plus conducteur possible mais inerte vis-à-vis des matériaux d'électrodes.

Puis un séparateur fiable dans sa fonction isolante mais suffisamment poreux pour faciliter la migration des ions entre les électrodes.

La puissance d'une batterie dépendra de sa capacité à restituer une énergie dans un temps court. Elle sera donc liée à la possibilité de migration rapide des quantités de charges au sein de la solution électrolytique. Cette rapidité de migration sera elle-même liée à la valence des espèces ioniques en présence (c'est-à-dire la capacité d'un ion à transporter plusieurs charges électroniques) et leur facilité à passer à travers le séparateur (qui dépendra de la nature du séparateur ainsi que de la « grosseur » des ions).

La capacité d'une batterie sera liée à la quantité d'ions que pourra accueillir l'anode et la cathode. Donc à la quantité de matière active de la cathode, et pour des batteries à électrode d'intercalation (type X-ion, Ni-MH) à la capacité de l'anode à accueillir une grande quantité d'ions. Mais plus les ions sont « enfouis » profondément dans le matériau poreux formant l'anode, et plus ils sont difficiles à extraire, donc plus faible sera le courant maximum disponible, et donc la puissance maximale. Il s'agit de rechercher des matériaux et des structures d'électrodes permettant à la fois d'accueillir beaucoup d'ions et de les libérer rapidement.

Dans le cas notamment d'une application mobile, il faudra également maximiser la capacité massique. Pour cela on recherchera des matériaux légers pour maximiser l'autonomie. De manière connexe, la capacité d'une batterie à être rechargée rapidement devient également un enjeu important. Celui-ci rejoint la problématique du choix de l'électrolyte et des séparateurs puisque qu'ils jouent un rôle déterminant dans la vitesse de circulation des ions, et des électrodes comme on l'a mentionné précédemment.

Mais de manière générale, plus la recharge est rapide et plus la batterie se dégrade du fait de réactions chimiques parasites qui entrainent des dépôts de métal et des dendrites.

La batterie devra encore fournir un nombre de cycles le plus important possible (durée de vie) et être viable sur le plan économique.

L'ensemble doit enfin en garantir la sécurité d'utilisation et autant que possible limiter son impact environnemental aux différents stades de vie : fabrication, utilisation et fin de vie.

On considérera aussi le rendement énergétique qui est le rapport de la quantité d'énergie que fournit une batterie par rapport à l'énergie reçue pour assurer sa charge complète. Ce rapport est inférieur à 100 % en raison des pertes d'énergie par effet joule (échauffement de la batterie lors de la charge) et dépend encore des matériaux constitutifs.
Ainsi, la nature de chacun des matériaux constitutifs influence la performance d'une batterie. Ces matériaux ne peuvent être sélectionnés indépendamment des uns des autres car ils interagissent de manière variée. Pour une application donnée, la construction d'une batterie résulte donc du meilleur compromis entre poids, énergie, puissance, sécurité, durée de vie, impact environnemental et prix. Il met en jeu de très nombreuses interactions chimiques, ce qui explique la difficulté de développement de nouvelles technologies de batteries.
# ANNEXE 2

## Interdictions du mercure et du cadmium, restriction du plomb dans les P&A

### (Union Européenne)

<table><thead><tr><th></th><th></th><th>Directive 2006/66/CE</th><th>Directive 2013/56/UE</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="2">Mercure</td><td>Interdiction</td><td>Tous P&A portables, intégrés ou non dans des appareils, qui contiennent plus de 0,0005 % de mercure en poids</td><td></td></tr><tr><td>Exemption</td><td>Piles bouton dont la teneur en mercure est inférieure à 2 % en poids.</td><td>Fin de l'exemption au 01/10/2015</td></tr><tr><td rowspan="2">Cadmium</td><td>Interdiction</td><td>Tous P&A portables, y compris ceux qui sont intégrés dans des appareils, qui contiennent plus de 0,002 % de cadmium en poids</td><td></td></tr><tr><td>Exemption</td><td>a) les systèmes d'urgence et d'alarme, notamment les éclairages de sécurité ;<br/>b) les équipements médicaux ;<br/>c) les outils électriques sans fil.</td><td>Fin de l'exemption pour l'outillage sans fil à partir du 01/01/2017</td></tr></tbody></table>

### Plomb

L'usage du plomb est régi par le règlement REACH (N° 1907/2006). Celui-ci est complété par le règlement N° 2015/628 qui vient modifier l'annexe XVII du règlement REACH, relative aux substances soumises à restriction, notamment en ce qui concerne le plomb et ses composés.

Les batteries au plomb font dans ce cadre l'objet d'une exemption exceptionnelle en attendant une évaluation plus détaillée à réaliser dans un délai approprié. Le délai est fixé au plus tard au 01/07/2019.