Environnement : les batteries sont-elles la solution parfaite ?
La voiture électrique s’impose comme le véhicule de la transition écologique, mais de nombreux doutes subsistent sur l’impact environnemental de sa batterie, avec la peur de développer un remède pire que le mal. Cet article vient remettre en perspective les différents enjeux environnementaux, carbone et autres, afin d’éclairer la question de savoir s’il s’agit là vraiment d’une meilleure option pour le climat et l’environnement. On en conclut que, si la batterie n’est pas une solution « parfaite », elle est quand même une bonne solution environnementale, à condition de l’utiliser dans le cadre d’une politique environnementale cohérente.
Avec la réglementation européenne interdisant la vente de voitures thermiques d’ici 2035, le véhicule électrique à batterie (VEB), pour les voitures comme les poids lourds, est le fer de lance de la décarbonation du transport routier.
En effet, même si les émissions de fabrication d’un VEB sont deux fois plus importantes que pour un véhicule thermique équivalent, la balance s’inverse dès que l’on compare sur le cycle de vie entier car, à l’usage, les émissions d’une électricité bas carbone sont bien moins importantes que la combustion d’essence ou de diesel : on observe alors une division par 3 des gaz à effet de serre (GES) émis en globalité pour un véhicule électrique utilisé en France (et même par 5 pour les camions).
Et plus la distance parcourue augmente, plus l’écart se creuse, puisque la phase de fabrication est amortie sur un plus grand nombre de kilomètres. Ainsi, même si la phase de fabrication est plus émissive pour un VEB que pour un véhicule thermique, cette « dette carbone » est très vite amortie, au bout de 30 000 à 50 000 km en France, sachant que la durée de vie d’un véhicule y est de l’ordre de 200 000 km.
L’extraction minière, le talon d’Achille des batteries
Cependant, aucune solution n’est parfaite, et les batteries ne font pas exception. Elles peuvent être vues comme un assemblage dense de métaux et toute extraction minière, quel que soit le type de métal, a un impact environnemental significatif sur le sol, l’eau et l’air (perte de biodiversité, rejets acides, boues toxiques et chimiques, utilisation d’énergie fossile). L’intensité de l’impact varie fortement en fonction des types de métaux, des modes d’extraction (par exemple l’extraction directe de lithium est beaucoup moins consommatrice en eau) et des réglementations nationales plus ou moins coercitives. Toutefois, toute pollution ne peut être complètement annihilée et l’extraction minière reste intrinsèquement très impactante pour l’environnement.
Avantage à la technologie LFP ?
Actuellement, les deux chimies de batteries prédominantes sur le marché des véhicules électriques sont les batteries NMC (nickel-manganèse-cobalt) et LFP (lithium-fer-phosphate). Historiquement, la chimie NMC a été préférée grâce à sa densité énergétique plus élevée, mais les batteries LFP sont en plein essor car elles compensent leur densité moindre par un coût de production moins onéreux. Leurs empreintes carbone de fabrication sont du même ordre de grandeur, mais on peut noter que
les batteries LFP sont 10 % à 15 % moins émissives : 69 kgCO₂e/kWh pour une fabrication en Chine, contre 79 kgCO₂e/kWh pour une batterie NMC811 (80 % de nickel, 10 % de manganèse et 10 % de cobalt). En passant à une fabrication en Europe, on allège un peu la note carbone, avec 52 kgCO₂e/kWh pour une batterie LFP et 59 kgCO₂e/kWh pour une chimie NMC811.
Mais le match n’est pas plié
Si l’on se concentre plus précisément sur les émissions de GES des métaux mis en œuvre, le nickel et le graphite représentent à eux seuls les trois quarts de l’empreinte carbone de fabrication d’une batterie NMC. Alors que le sulfate de nickel était surtout produit à partir d’un procédé de lixiviation acide à haute pression, ce choix de chimie a conduit mécaniquement à une hausse de la demande en nickel. Cela a alors ouvert la voie à l’utilisation de sulfate de nickel produit à partir de fonte brute de nickel (nickel pig iron), notamment en Chine.
Cette méthode de production en hauts fourneaux a néanmoins une empreinte carbone environ quatre fois supérieure à celle du sulfate de nickel produit à l’aide du procédé de lixiviation acide à haute pression. Et si l’on s’intéresse au graphite, qui constitue l’anode, le procédé Acheson poudre, la méthode principale de synthèse du graphite, a un faible rendement énergétique et génère également des émissions de gaz à effet de serre en raison de la consommation des creusets en graphite pendant le processus. Ainsi, il peut émettre jusqu’à 50 tCO₂e pour la fabrication d’une tonne de graphite. Mais il existe un autre procédé de production beaucoup moins émetteur de GES, mais beaucoup moins utilisé : le LWG (lengthwise graphitization). Le matériau est chauffé par effet Joule plutôt que par conduction comme dans le procédé Acheson. Le LWG permet de réduire les pertes d’énergie et d’obtenir un graphite à plus haute densité énergétique.
Ainsi, le choix du procédé de fabrication a une influence majeure sur les émissions de fabrication : en sourçant les matériaux composant la batterie avec les procédés les plus bas carbone (lixiviation acide de sulfate de nickel et lengthwise graphitization), il est possible de réduire jusqu’à 70 % de l’empreinte d’une batterie NMC811.
Le recyclage est essentiel dans l’impact environnemental
Faut-il alors se détourner de la voiture électrique en raison de son impact sur l’environnement ? Absolument pas. Tout d’abord parce que la voiture thermique vient elle aussi avec son lot d’impacts environnementaux, non seulement la combustion d’énergies fossiles, mais aussi l’extraction pétrolière (fracturation hydraulique, marées noires, etc.) et l’extraction minière de fer ou d’aluminium pour construire la voiture est valable pour toutes les motorisations. Et, face à l’urgence climatique dont les effets se font sentir, le véhicule électrique permet déjà de minimiser l’impact carbone à court terme. Pour le réduire encore plus, le recyclage est un point essentiel, permettant à la fois d’éviter les impacts de l’extraction minière (le recyclage consomme 100 à 1 000 fois moins d’énergie que l’extraction de métaux vierges) et de développer une indépendance géopolitique européenne face au monopole de raffinage de métaux développé par la Chine.
L’Europe peut tirer son épingle du jeu
Sur ce dernier point néanmoins, comme pour la production de batteries neuves, la Chine est en avance : elle réalise actuellement la majorité du recyclage de batteries, en particulier de la black mass (poudre noire contenant les éléments les plus onéreux : lithium, nickel, cobalt…), grâce à sa maîtrise des procédés de pyrométallurgie et d’hydrométallurgie.
Avec l’augmentation du nombre de véhicules électriques mis sur le marché européen depuis maintenant plus de dix ans, le gisement de batteries en fin de vie devient suffisant pour développer une filière de recyclage en Europe, sans prendre de retard une deuxième fois sur la Chine. Mais, d’un point de vue économique, la chimie de la batterie a une grande influence sur le recyclage effectif : pour les batteries NMC, la présence de métaux avec une valeur de revente élevée (nickel, cobalt) tend à favoriser l’utilisation de matière secondaire. À l’inverse, le recyclage est moins rentable pour les batteries LFP, car elles ne contiennent pas de métaux onéreux, alors même qu’elles sont plus facilement recyclables !
Trois leviers pour réduire l’impact des batteries
Par ailleurs, comme souvent, la meilleure batterie d’un point de vue environnemental, c’est celle que l’on ne fabrique pas ! En effet, il serait délétère (et illusoire d’un point de vue des ressources minérales disponibles) d’envisager de remplacer le parc actuel de 1,4 milliard de véhicules thermiques par des voitures électriques. Il ne faut donc pas réfléchir du point de vue de la substitution (1 véhicule électrique pour 1 véhicule thermique), mais viser à limiter la taille du parc automobile en questionnant la place hégémonique de la voiture et en favorisant des modes de déplacement moins demandeurs en ressources et meilleurs pour notre santé.
“La meilleure batterie d’un point de vue environnemental, c’est celle que l’on ne fabrique pas.”
D’après les modélisations de Carbone 4, une stabilisation au minimum du nombre de véhicules serait nécessaire au niveau mondial dans un scénario permettant de limiter le réchauffement planétaire à 1,5 °C, en combinaison avec une réduction de la masse moyenne des véhicules de l’ordre de -20 %. Ainsi, il est essentiel d’utiliser les batteries avec parcimonie, en optimisant leur taille au juste nécessaire. En effet, avec l’accroissement de l’autonomie, le poids de la batterie augmente mécaniquement (perte d’efficacité énergétique) ainsi que les matériaux pour la fabriquer !
Au moment de l’achat, choisir une taille de batterie adaptée à son usage réel quotidien plutôt qu’à quelques longs trajets annuels permet donc de faire des économies significatives de CO₂, sachant que 98 % des déplacements en France se font sur une distance inférieure à 80 km à vol d’oiseau ! Par exemple, l’empreinte carbone d’un kilomètre en citadine (Renault R5 électrique) est deux fois plus faible qu’avec un SUV (Audi e-tron), quand on considère une durée de vie classique (200 000 km). Et notons également que le réseau de recharge se densifie et qu’il est de plus en plus facile de trouver où « faire le plein » d’électricité sur de plus longs trajets.
Finalement, oui, la batterie, c’est vertueux
Enfin, il est nécessaire de prendre en considération l’origine de la batterie et de ses composants pour limiter son empreinte carbone. Même si ce levier n’est pas à la main du grand public, la future réglementation européenne mise en place (d’ici 2027) du « passeport batterie » va dans le bon sens, en offrant une meilleure traçabilité sur les éléments qui composent la batterie et avec des obligations sur sa recyclabilité et son contenu recyclé (en 2031, les batteries des véhicules électriques devront incorporer 16 % de cobalt ainsi que 6 % de lithium et de nickel recyclés). Ainsi, en limitant la taille du parc automobile, avec des batteries de taille modérée, produites avec un contenu recyclé croissant et une électricité et des procédés bas carbone, oui, la batterie est une bonne solution pour décarboner les transports, malgré son impact environnemental non nul.
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