Fin octobre 2019, un incendie s'est déclaré dans une installation de recyclage à Scottsdale, en Arizona. Les flammes ont ravagé un site de 40 000 pieds carrés, tandis que des vents à 60 miles à l'heure ont propagé un immense panache de fumée sur une autoroute proche, obligeant les autorités à fermer la route. Les pompiers ont mis plus de 24 heures à maîtriser l'incendie. L'exploitant a dû suspendre la collecte dans les villes voisines : cette enceinte, conçue pour traiter 85 000 tonnes de déchets par an, a laissé ces déchets sans autre destination que les décharges.
Le responsable ? Une batterie lithium-ion, semblable à celles des smartphones et ordinateurs portables. Bien que ces cellules ultra-efficaces soient généralement sûres, elles conservent une énergie volatile même en fin de vie, rendant leur élimination négligente source d'explosions et d'incendies. Un rapport de l'EPA de 2021 recense de tels incidents dans 28 États américains entre 2013 et 2020, dont une installation touchée plus d'une douzaine de fois en un an. Ce risque va s'amplifier : selon Rystad Energy, le marché mondial du lithium devrait se multiplier par 20 d'ici 2030.
Le fait que tant de batteries finissent en décharge pose un défi majeur à la transition énergétique. Riches en lithium, cobalt et nickel – essentiels aux véhicules électriques (VE) mais rares et concentrés dans quelques pays –, elles aggravent la dépendance à l'extraction minière, polluante et coûteuse.
« Nous devons recycler tout ce qui est possible, mais pour les batteries, c'est crucial », explique Fengqi You, professeur d'ingénierie à l'Université Cornell, spécialiste des cycles de vie du lithium dans les systèmes énergétiques. Notre industrie des VE dépend de chaînes d'approvisionnement mondiales fragiles ; toute perturbation freine la transition verte.
La bonne nouvelle : ces batteries usagées peuvent renaître. Leurs métaux précieux sont récupérables pour réintégrer la chaîne d'approvisionnement, réduisant l'extraction et les risques d'incendie.
Avec l'essor des VE aux États-Unis, des startups comme Ascend Elements mènent la charge. Cette pionnière ouvre cet été une usine géante en Géorgie pour extraire lithium, cobalt et nickel, suivie de près par ses rivaux. Leur mission : boucler la boucle avant que la première génération de VE n'atteigne la fin de vie, créant un écosystème circulaire, indépendant des fossiles et de l'exploitation minière excessive.
Origines des batteries lithium-ion. Le chimiste britannique-américain Stanley Whittingham pose les bases théoriques en 1979, récompensé par le Nobel en 2019. Développée par la NASA et Oxford, elle devient commerciale en 1991 chez Sony pour les caméscopes. Depuis, la densité énergétique a triplé et le coût a chuté de 97 %, de 7 500 $ à moins de 200 $ par kWh en 2018.
Toutes les batteries stockent l'énergie chimique convertible en électricité. Une cellule typique oppose anode (négatif) et cathode (positif), séparées par un électrolyte. Lors de la décharge, les électrons de l'anode traversent le circuit vers la cathode, générant du courant.
Les batteries lithium-ion se rechargent grâce au lithium, métal léger et réactif. En charge, les ions lithium migrent de la cathode à l'anode ; en décharge, ils reviennent, produisant de l'électricité. La cathode, en « lasagne » atomique de nickel, cobalt et manganèse, s'use avec les cycles : gonflement, fissures et réactions chimiques réduisent sa capacité après quelques milliers de cycles. Même usée, elle reste chargée, d'où le risque incendie.
L'essor des VE explose la demande en lithium : production mondiale triplée (31 000 à 110 000 tonnes/an de 2010 à 2021), mais insuffisante face à une croissance de 20 %/an. L'AIE prévoit un déficit de 2 millions de tonnes d'ici 2030. La Chine domine le raffinage, créant des goulets d'étranglement ; les prix pourraient tripler, dixit Rystad.
L'extraction pèse sur l'environnement : milliards de gallons d'eau au Chili, mortalités piscicoles au Tibet, en Argentine et aux États-Unis.
Ces enjeux plaident pour le recyclage. Call2Recycle, fondé dans les années 1990 par les fabricants, collecte via réparateurs, décharges et 16 000 points publics. En 2021 : 8 millions de livres de cellules lithium-ion, passées du nickel-cadmium au lithium dominant.
Autrefois expédiées à l'étranger faute de capacités locales, ces batteries trouvent désormais preneurs aux États-Unis.
Ascend Elements en action. À Worcester (Massachusetts), son centre R&D dissimule un atelier high-tech. Basé sur l'hydrométallurgie – dissolution chimique et précipitation –, il surpasse la pyrométallurgie polluante.
Eric Gratz, cofondateur et CTO, guide la visite : batteries broyées en « black mass », dissoutes, purifiées via filtres et procédés propriétaires. Résultat : 98 % de nickel/cobalt récupérés, 80 % de lithium, prêts pour nouvelles cathodes ajustables (ex. : plus de nickel pour plus d'autonomie).
Prochain jalon : usine de 154 000 pieds carrés près d'Atlanta (été 2022), au cœur du boom VE (VW, Ford). Capacité : 33 000 tonnes/an, pour 70 000 VE. Contrats flexibles avec constructeurs.
« Une batterie VE = 1 000 smartphones : facile à collecter », note Mike O'Kronley, PDG. Concurrents : Li-Cycle, Redwood Materials.
Actuellement, le recyclage couvre 20-30 % de la demande ; l'essor des VE assurera un flux croissant. « Recycler les mêmes atomes indéfiniment », conclut Gratz.
Article initialement publié dans l'édition métal été 2022 de PopSci, 3e partie d'une série sur les batteries. Lisez les 1re et 2e parties, ou plus de PopSci+.
