Recyclage des batteries

La collecte et le recyclage des batteries est l'activité visant à récupérer les métaux toxiques, rares, précieux ou économiquement valorisables présents dans les batteries, ou d'autres composants des batteries (acides et plastique notamment).

Schéma de recyclage des batteries lithium-ion.

Il vise aussi à réduire la quantité de batteries retrouvée dans les ordures ménagères (en dépit du tri sélectif) quand et là où il existe, et en dépit des interdictions et logos précisant que les piles et batteries ne doivent pas être jetées avec les ordures ménagères.

Les batteries sont en effet l'une des sources d'accumulation dans l'environnement de certains métaux lourds et d'autres produits chimiques pouvant mener à la contamination du sol et la pollution de l'eau[1].

Le recyclage des piles et batteries est une activité très polluante, et dangereuse pour la santé et l'environnement si elle n'est pas pratiquée de manière conforme aux bonnes pratiques du recyclage des métaux non ferreux.

L'essor des véhicules électriques et hybrides augmente le volume de batteries mises sur le marché, renforçant les enjeux environnementaux de gestion en fin de vie de ces batteries.

Jusqu'en 2009 les quantités recyclées étaient faibles. Elles étaient collectées par divers opérateurs pour être recyclées, mais sans garantie de traçabilité (ces batteries pouvaient être broyées au même titre que des batteries au plomb) ni de recyclage ou valorisation de toutes les matières (polluantes ou non). À l’instar des manufacturiers pneumatiques[2], les constructeurs automobiles ont souhaité bénéficier d’une filière identifiée, traçable et sûre pour le recyclage des batteries de leurs véhicules. Pour cela ils se sont rapprochés d’industriels du recyclage et de la récupération qui affirment pouvoir garantir la traçabilité de la collecte à l’émission du certificat de recyclage

Types
Point de recyclage à l'École polytechnique de Gdańsk.

En théorie, tous les types de batteries peuvent être recyclés, et devraient légalement l'être dans la plupart des pays.

Certaines le sont plus que d'autres. Ainsi, aux États-Unis, les batteries au plomb ne sont recyclées qu'à près de 90 %[3],[4]. D'autres types, tels les piles alcalines et les accumulateurs (nickel-cadmium (Ni-Cd), nickel-hydrure métallique (Ni-MH), lithium-ion (Li-ion) et nickel–zinc (Ni-Zn)), peuvent aussi être recyclés.

Batteries au plomb
Batteries au plomb récupérées par un garagiste et destinées au recyclage.
Recyclage du plomb de batteries au plomb.

Ce type recoupe, entre autres, les batteries de voiture, de cart de golf, les batteries nomades[Quoi ?], les VRLA battery (en), les batteries de motocyclettes ainsi que certaines batteries commerciales.

On recycle ces dernières en les passant à la meule[réf. nécessaire], neutralisant l'acide et séparant les polymères du plomb. Le matériel ainsi récupéré est recyclé de plusieurs manières, dont la reconstruction de nouvelles batteries.

Plusieurs villes offrent un service de recyclage des batteries au plomb. Dans certains États américains et certaines provinces canadiennes, les batteries au plomb sont consignées.

Piles oxyde d'argent-zinc

Principalement utilisées dans les montres, les jouets et certains équipements médicaux, les piles oxyde d'argent-zinc contiennent une petite quantité de mercure.

Batteries lithium-ion

Des partenariats ont été noués entre les constructeurs et les spécialistes du recyclage pour recycler les batteries lithium-ion des voitures électriques et hybrides rechargeables. Ainsi, Audi et Umicore ont mis en évidence lors d’essais en laboratoire que plus de 95 % du cobalt, du nickel et du cuivre peuvent être récupérés pour une réutilisation dans des batteries de traction neuves. Ils construisent un scénario pour une réutilisation à l’infini des matériaux stratégiques mis à disposition sous la forme d’une banque de matières premières[5].

Risques

Toutes les batteries contiennent des produits toxiques et/ou dangereux.

Leur recyclage artisanal est une source grave de danger pour l'environnement et la santé, notamment quand il est pratiqué par des procédés de démantèlement et de fusion en plein air. Il est - plus encore que le recyclage industriel[6] - en particulier cause de saturnisme, maladie qui a beaucoup diminué pour sa part qui était due au plomb dans l'essence, mais qui reste une des pathologies de la pauvreté et de l'exclusion.[7],[8]

À titre d'exemple, en France, dans l'île de La Réunion, un dépistage de routine par l’institut de veille sanitaire a mis en évidence un cas de saturnisme infantile grave en 2008–2009 dans un quartier pauvre de la commune du Port, alors que le saturnisme avait jusqu'alors été exceptionnel à la Réunion (10 cas environ, chez des adultes dans les années 1980, à la suite de l'utilisation de mortiers contenant du plomb pour préparer des aliments. Un nouveau dépistage a ciblé le voisinage et des analyses de sol ont été faites près du domicile de l'enfant et une enquête environnementale a été étendue au quartier, avec une sensibilisation des familles résidentes (287 personnes vivant dans 87 foyers) encourageant les parents à faire dépister les enfants de moins de six ans et les femmes enceintes. Les analyses ont montré que le sol était pollué en surface dans tout le quartier (jusqu'à 5 200 mg/kg, soit plus de 300 fois le bruit de fond pédogéochimique de l'île. 76 nouveaux cas de saturnisme plombémie dépassant 100 μg/L ont été mis en évidence par le dépistage (pour 148 personnes prélevées (soit 51 %). Toutes les victimes avaient moins de 15 ans (âge médian = 5,6 ans). La médiane des plombémies était de 196 μg/L (102–392 μg/L). Cette pollution et le problème sanitaire induit ont été attribués au recyclage sauvage dans le quartier de batteries de véhicules ou à d'autres activités diffuses de récupération de métaux[9].

Filière automobile électrique et hybride

Enjeu environnemental et sécurité des personnes

Les batteries de puissance qui équipent notamment les véhicules électriques et hybrides sont étudiées pour répondre à des normes de sécurité. Tant qu’elles sont dans leur emplacement prévu, c’est-à-dire dans le véhicule, et tant que ce véhicule n'est pas accidenté ou en fin de vie, il n’y a selon les fabricants aucun danger ni risques. Cependant extraire ces batteries de leur logement (pour échange standard, pour recyclage ou en fin de vie du véhicule) peut s’avérer dangereux à différents niveaux :
- Au niveau environnemental : Toute batterie contient des électrolytes et des métaux lourds qui, s’ils ne sont pas entièrement et proprement récupérés sont susceptibles de polluer ; ce pourquoi elles doivent être collectées pour être recyclées.
- Pour l’humain : Certains types de véhicules électriques ou hybrides possèdent des batteries dont la tension est élevée, les rendant dangereuses. Mêmes déchargées et non utilisées pendant plusieurs mois, elles peuvent toujours présenter une tension suffisante pour électrocuter une personne qui les manipulerait sans équipement de protection[10].

La réglementation européenne

La Directive Batterie 2006/66/CE spécifie dans son considérant 28 que « En matière de responsabilité, les producteurs de piles et d'accumulateurs et les producteurs d'autres produits dans lesquels sont incorporés une pile ou un accumulateur sont responsables de la gestion des déchets de piles et d'accumulateurs qu'ils mettent sur le marché »[11]. »
Ce principe de Responsabilité Elargie du Producteur (REP) signifie que si un fabricant souhaite mettre sur le marché un produit manufacturé, il doit s’assurer qu’il existe ou doit mettre en place individuellement, un système de collecte en vue de recycler ce produit, qui en fin de vie, deviendra un déchet dangereux et un déchet toxique.

En pratique, un constructeur automobile souhaitant commercialiser un véhicule électrique ou hybride en Europe doit s’assurer qu’il existe une filière de collecte et de recyclage de batteries de nouvelle génération sur le territoire de commercialisation.
Elles sont considérées comme étant des batteries industrielles au sens du code de l’environnement – Article R543-125 5° : « Est considéré comme pile ou accumulateur industriel toute pile ou accumulateur conçu à des fins exclusivement industrielles ou professionnelles ou utilisé dans tout type de véhicule électrique ; »

Efficacité recyclage

La Directive 2006/66/CE du Parlement Européen et du Conseil du relative aux piles et accumulateurs ainsi qu'aux déchets de piles et d'accumulateurs (et abrogeant la directive 91/157/CEE) définit dans son annexe III (Partie B) les « rendements minimaux de recyclage » :

« 3. Les processus de recyclage atteignent les rendements minimaux de recyclage suivants :
a) un recyclage d'au moins 65 % du poids moyen des piles et des accumulateurs plomb-acide, y compris un recyclage du contenu en plomb qui soit techniquement le plus complet possible tout en évitant les coûts excessifs;
b) un recyclage de 75 % du poids moyen des piles et des accumulateurs nickel-cadmium, y compris un recyclage du contenu en cadmium qui soit techniquement le plus complet possible tout en évitant les coûts excessifs ; et
c) un recyclage d'au moins 50 % du poids moyen des autres déchets de piles et d'accumulateurs. »

Les batteries des véhicules hybrides et électriques de nouvelle génération qui équipent notamment la Toyota Prius, BMW i3 sont des batteries au Nickel-Métal-Hydrure ou au Lithium-Ion. Ces types de batteries entrent dans la catégorie « autres déchets de piles et d'accumulateurs » de la Directive 2006/66/CE.

Engagement des constructeurs automobiles

Après deux ans de test réalisés avec des ingénieurs venus du Japon, Toyota France a choisi en 2010 la SNAM pour assurer la collecte, le recyclage et la traçabilité des batteries en fin de vie dans toute l'Europe[12].

D’autres constructeurs (Peugeot, Citroën, Honda, Volkswagen, Audi, Seat, Skoda, BMW) ont rejoint cette filière SNAM[13] qui est ainsi devenue la première filière européenne pour la collecte, la traçabilité et le recyclage de batteries industrielles issues des véhicules hybrides et électriques.

Volkswagen annonce en la construction d’une usine pilote de recyclage de batteries à Salzgitter, en Allemagne, avec l'objectif à terme de recycler 97 % de toutes les matières premières ; dans une première étape, l'ouverture en 2020 de l'usine de Salzgitter, avec une capacité initiale de traitement de 3000 batteries par an, permettra de porter le pourcentage de réemploi des composants d’un véhicule électrique de 53 % à 72 %[14].

Procédés de recyclage thermiques

Les derniers investissements réalisés par la SNAM ont permis l’optimisation des procédés de récupération des éléments à forte valeur ajoutée dans les batteries. Cela a donné naissance à « Prométhée » (Procédé de Recyclage Optimisé MEcanique Thermique Hydrométallurgique d'Éléments Électriques), un procédé combinant les principales technologies nécessaires au recyclage, à un coût maîtrisé. Les procédés mécaniques (broyeurs, densitomètres, séparateurs magnétiques) assurent le broyage et le tamisage en particules plus ou moins fines, avec séparation des métaux.

Les procédés thermiques (fours à pyrolyse, distillation et fusion) détruisent les matières organiques, avec captation des polluants contenus dans les cellules, tout en séparant les métaux en fonction de leur température de fusion. Les lingots sont ensuite expédiés en fonderie. L’hydrométallurgie en étape finale permet de récupérer, purifier les fractions les plus fines et pour partie les plus recherchées comme le cobalt, le lithium ou les terres rares[15].

Procédés de recyclage mécaniques

Alors que la plupart des industriels spécialisés dans cette activité de recyclage utilisaient jusqu’à présent une méthode au cours de laquelle les cellules, pour être démantelées, sont portées à haute température (500 °C) dans des fours à pyrolyse, chauffés au gaz, procédé énergivore et émetteur d’une quantité non négligeable de CO2, la société allemande Duesenfeld utilise un procédé « à froid » : les cellules sont déchiquetées mécaniquement sous une atmosphère inerte d’azote afin d'éviter tout incendie ou explosion, puis la pression est réduite pour que l’électrolyte s’évapore ; il est récupéré et purifié par condensation, ce qui permet de l’utiliser dans de nouvelles batteries. Les métaux constituants des électrodes, comme le cobalt, le nickel, le manganèse, l’aluminium ou le lithium, une fois débarrassés de l’électrolyte, peuvent être facilement triés par des procédés classiques tels que la séparation magnétique ou gravimétrique et peuvent être réutilisés pour fabriquer de nouvelles cellules. Par rapport à la technologie conventionnelle par pyrolyse, cette technologie consomme 70 % d'énergie en moins, réduit l'empreinte carbone de 40 %, permet de réutiliser les métaux et l’électrolyte récupérés au lieu de nouveaux matériaux extraits dans des mines, pour fabriquer des batteries neuves en évitant l’émission de 3 tonnes de CO2 par tonne de batterie, évite les composés fluorés toxiques qui se forment dans les fumées du procédé classique par combustion et pyrolyse et permet de valoriser dans de nouvelles batteries jusqu’à 85 % du contenu des anciens accumulateurs[16].

La deuxième vie : second use
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L’objectif des fabricants est ici d’allonger la durée de vie des batteries, en partenariat avec les constructeurs automobiles. Toutefois, le vieillissement des cellules fait que les batteries finissent par ne plus stocker assez d’énergie pour les besoins du conducteur. Ces cellules peuvent encore servir à d’autres applications moins énergivores lors d'une « deuxième vie » ( « second use ») qui permet de retarder le plus possible le recyclage ultime, c’est-à-dire le retour à la matière première. Ceci permettrait de limiter la pollution produite par la fabrication, le transport (les batteries sont principalement fabriquées en Asie) et la multiplication des traitements ultimes de ces batteries.

La récupération des métaux à forte valeur ajoutée

Récupérer les métaux permet notamment de diminuer le coût de recyclage des batteries, car la valeur des métaux tels que les terres rares (La, Ce, Nd, Pr), le cobalt, le nickel, le cuivre, l’aluminium, le manganèse compense une partie du coût de collecte et traitement des batteries, permettant dans certaines filières l’autofinancement. La motivation écologique des metteurs sur le marché se double ainsi d'une motivation économique[17].

Notes et références
(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Battery recycling » (voir la liste des auteurs).
  1. (en) A. M. Bernardes, D. C. R. Espinosa et J. A. S. Tenori, « Recycling of batteries: a review of current processes and technologies », Journal of Power Sources, vol. 130, nos 1-2,‎ , p. 291-298 (ISSN 0378-7753, DOI 10.1016/j.jpowsour.2003.12.026)
  2. Aliapur
  3. (en) « Battery recycling in USA »(Archive • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?), United States Environmental Protection Agency
  4. (en) « Battery Recycling », Battery Council International
  5. Recyclage des batteries : Audi et Umicore vers un process à l’infini, automobile-propre.com, 29 octobre 2018.
  6. Uzu, G., Sauvain, J. J., Denys, S., Tack, K., Pradere, P., & Dumat, C. (2009, October). Evaluation de l'exposition humaine au plomb par ingestion et inhalation de PM10 et PM2, 5 émises par une usine de recyclage de batteries. In 2. Rencontres nationales de la recherche sur les sites et sols pollués (p. NC). ADEME Editions. Angers.
  7. Sinnaeve O, Berthier M, Guillard O, Perault MC & Oriot D (1999) Le saturnisme chronique chez l'enfant aujourd'hui. Une pathologie de la pauvreté et de l'exclusion. Archives de pédiatrie, 6(7), 762-767.
  8. Camara, B., Absa, L., Faye, P. M., Cabrale, M. N., Fall, M., Toure, A., ... & Diouf, A. (2010). P165-Récupération du plomb de batteries et saturnisme à Dakar, Sénégal. Archives de pédiatrie, 17(6), 91.
  9. Solet, J. L., Renault, P., Denys, J. C., Teulé, G., Dennemont, R. M., Domonte, F., ... & Polycarpe, D. (2013). Investigation et gestion d’un foyer de saturnisme infantile dans un quartier de la commune du Port, Île de la Réunion. Revue d'Épidémiologie et de Santé Publique, 61(4), 329-337. (résumé)
  10. Article paru dans la revue AUTO RECYCLAGE n°108 - Novembre 2013
  11. Directive Européenne 2006/66/CE
  12. Viviez : la SNAM se prépare à un nouveau marché.html, ladepeche.fr, 13 octobre 2010.
  13. SNAM recyclera les batteries Honda, Les Échos, 10 avril 2013.
  14. Voiture électrique : Volkswagen s’intéresse au recyclage des batteries, automobile-propre.com, 24 février 2019.
  15. Tanong, K. (2016). Récupération par voie hydrométallurgique des métaux à partir des déchets de piles mélangées (Doctoral dissertation, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique).
  16. Recyclage des batteries : de plus en plus « vert », automobile-propre.com, 23 janvier 2019.
  17. https://www.lesechos.fr/06/03/2013/LesEchos/21390-119-ECH_snam-produit-des-alliages-a-partir-de-batteries.htm

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie
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