L’électrification massive de la mobilité attendue dans les années à venir ainsi que le développement des capacités de stockage de l’électricité sont fortement liées aux tech­ nologies des batteries NiMH (nickel­hydrure métallique ) et Li­ion (lithium­ion). Les batteries sont ainsi au cœur d’enjeux de recherche fondamentaux : de l’extraction des matières premières à la conception des packs de batteries jusqu’au recyclage. Or il est estimé que les capacités de recyclage françaises et européennes actuelles (15000 tonnes par an) seront insuffisantes dès 2027. Les acteurs européens, dont les recycleurs français, devront multiplier par trois leur capacité de traitement à cette date (besoin de l’ordre de 50 000 tonnes).

Le soutien à la recherche et à l’innovation est ainsi indis­ pensable afin de modifier les technologies de recyclage des batteries pour atteindre les niveaux de performance de récupération des métaux du futur règlement européen sur les batteries. La Commission européenne a proposé dans son projet de règlement sur les batteries des objec­ tifs minimaux de rendement de recyclage de 65 % du poids des batteries d’ici à 2025 et de 70 % d’ici à 2030, ainsi qu’un taux minimal de récupération des principaux métaux (Co, Ni, Li, Cu). Elle introduit également un calen­ drier pour l’intégration de matériaux recyclés dans la fa­ brication de nouvelles batteries. Cette initiative doit in­ citer les recycleurs à développer des procédés pour sortir des métaux en qualité très pure, dits « qualité batterie » (battery grade en anglais).

DÉVELOPPER DE NOUVEAUX PROCÉDÉS DE RECYCLAGE...
Un premier axe de recherche réside dans le développe­ ment de technologies de recyclage à moindre impact environnemental. Le projet LIMEX ( Innovative Membrane Extraction of Lithium for Spent Lithium­Ion Battery Recy­ cling) est construit par un consortium de trois organismes européens de recherche : l’Institut pluridisciplinaire Hu­ bert­Curien (IPHC) de l’université de Strasbourg (coordi­nateur du projet), Chalmers University of Technology (Suède) et le Laboratoire de l’ingénierie de la séparation et de la réaction de l’université de Porto (Portugal). L’entreprise Euro Dieuze Industrie, filiale de la société Sarpi­Véolia (France), fait également partie du consortium. Soutenu dans le cadre de l’appel à projets européen ERA­ MIN2, ce projet a pour objectif de concevoir et d’évaluer la performance d’un procédé d’extraction innovant et propre associant un extractant d’origine naturelle, des solvants verts et des procédés membranaires. La techno­ logie des membranes liquides supportées, développée dans ce projet, pourrait remplacer des équipements d’ex­ traction lourds (exigeant de grands volumes de solvants organiques), coûteux et énergivores. Les résultats de ce projet sont attendus pour décembre 2022.

Le projet BatreAres (Battery Recycling Achieving Rare Earth Separation, 2016­2018), soutenu dans ERA­MIN1 a proposé un procédé innovant basé sur l’utilisation de liquides ioniques pour le recyclage de batteries NiMH usagées issues des voitures hybrides. Deux laboratoires français, le Laboratoire d’électrochimie et de physi­ co­chimie des matériaux et des interfaces (LEPMI), coor­ dinateur du projet, et Grenoble Alpes University – Labo­ ratoire (G­Scop), ainsi qu’un laboratoire portugais (Ciceco, université d’Aveiro) ont travaillé pour ce projet en colla­ boration avec un industriel français (Récupyl). Le procédé développé dans le projet BatreAres permet une extrac­ tion sélective du cérium (par un liquide ionique hydro­ phobe spécifique), pour pouvoir ensuite récupérer cette terre rare. Une alternative très innovante a également été étudiée pour la séparation des métaux de transition. Il s’agit de systèmes biphasiques aqueux acides – mélange d’un liquide ionique hydrophile et d’un acide inorga­ nique qui, dans des conditions précises, vont former deux phases immiscibles – qui permettent de partager les métaux de façon sélective entre les deux phases. Ainsi, le nickel peut être séparé du cobalt. Ces deux éléments sont ensuite récupérés sous forme métallique par électro­dépôt.