Les batteries de voitures électriques
Pour mieux comprendre la démarche de l’Union Européenne, il faut revenir aux fondamentaux : de quoi sont composés les batteries de véhicules électriques ?
Il était une fois la voiture électrique
Les voitures ont été un atout considérable pour l’Homme : ils nous permettent de nous déplacer et pour des milliards de personnes dans le monde, c’est un moyen de locomotion qui leur permet de se rendre au travail, de faire leurs courses et de ne pas dépendre de transports en commun souvent inexistants dans certaines parties du monde. Mais, tout a un prix. Et celui des voitures est double : un coût d’entretien souvent très élevé mais surtout des émissions de gaz à effets de serre liés au moteur à combustion. Notre mode de vie et notre rapport à la voiture n’était pas tenable, il fallait trouver une alternative qui permettrait de continuer à se déplacer librement en polluant moins. C’est là où la voiture électrique rentre en jeu : elle nous permet de nous déplacer sans rejeter de CO2 dans l’atmosphère.
Contrairement à un véhicule thermique, un véhicule électrique ne rejette pas de CO2 et est composé de beaucoup moins de pièces ce qui rend son entretien plus simple.
Le cœur d’une voiture électrique est sa batterie. Contrairement aux batteries de la plupart des voitures, qui servent principalement à démarrer le moteur et à faire fonctionner des accessoires comme la radio ou la climatisation, la batterie d’une voiture électrique fait tout fonctionner. Plus important encore, elle fait fonctionner le moteur électrique – ou, plus précisément, elle fait fonctionner un contrôleur qui à son tour fait fonctionner le moteur électrique – donc elle doit être suffisamment puissante et durable pour emmener les conducteurs là où ils doivent aller avec un minimum de recharge. Longtemps jugées trop cher, le prix des voitures électriques est de plus en plus abordable. Non seulement les voitures électriques sont devenues à la portée d’un plus grand nombre, mais on s’attend maintenant à une concurrence encore plus importante qui permettra de baisser les prix et les coûts.
Le fonctionnement des batteries
Une batterie est un dispositif permettant de stocker de l’énergie chimique et de convertir cette énergie chimique en électricité. Une batterie est constituée d’une ou plusieurs cellules électrochimiques, chacune d’entre elles étant constituée de deux demi-cellules ou électrodes. L’une des demi-cellules, appelée électrode négative, est surchargée de minuscules particules subatomiques chargées négativement, appelées électrons. L’autre, appelée électrode positive, présente un déficit d’électrons. Lorsque les deux moitiés sont reliées par un fil ou un câble électrique, les électrons circulent de l’électrode négative à l’électrode positive. Nous appelons ce flux d’électrons de l’électricité. L’énergie de ces électrons en mouvement peut être exploitée pour effectuer une tâche – faire fonctionner un moteur, par exemple. Lorsque les électrons passent du côté positif, le flux ralentit progressivement et la tension de l’électricité produite par la batterie chute. Éventuellement, lorsqu’il y a autant d’électrons du côté positif que du côté négatif, la batterie est considérée comme » morte » et n’est plus capable de produire un flux électrique.
Les électrons sont générés par des réactions chimiques, et il existe de nombreuses réactions chimiques différentes qui sont utilisées dans les batteries disponibles sur le marché. Par exemple, les piles alcalines bien connues utilisées dans les lampes de poche et les télécommandes de télévision produisent de l’électricité par une réaction chimique impliquant l’oxyde de zinc et de manganèse. La plupart des piles alcalines sont considérées comme des piles jetables. Une fois qu’elles sont mortes, elles sont inutiles et devraient être recyclées. Les batteries d’automobile, par contre, doivent être rechargeables, de manière à ne pas devoir être constamment remplacées. Dans une batterie rechargeable, l’énergie électrique est utilisée pour inverser les moitiés négatives et positives des cellules électrochimiques, ce qui permet de relancer le flux d’électrons.
Comment fonctionne une batterie de voiture électrique ?
Batteries au plomb
Les constructeurs automobiles ont identifié trois types de batteries rechargeables qui conviennent à l’utilisation des voitures électriques. Ces types sont les batteries au plomb, les batteries au nickel-hydrure métallique et les batteries au lithium-ion.
Les batteries au plomb ont été inventées en 1859 et sont la plus ancienne forme de batterie rechargeable encore utilisée. Elles ont été utilisées dans tous les types de voitures, y compris les voitures électriques, depuis le 19e siècle. Les accumulateurs au plomb contiennent habituellement une solution douce d’acide sulfurique dans un contenant ouvert. Le nom vient de la combinaison d’électrodes de plomb et d’acide utilisée pour produire de l’électricité dans ces batteries. Le principal avantage des accumulateurs au plomb est que, après avoir été utilisés pendant de nombreuses années, ils sont bien compris et leur production est peu coûteuse. Cependant, elles produisent des gaz dangereux pendant leur utilisation et si la batterie est surchargée, il y a un risque d’explosion.
Batteries Nickel-Cadmium
Les batteries au nickel sont entrées en usage commercial à la fin des années 1980. Elles ont une densité énergétique élevée – c’est-à-dire qu’une grande quantité d’énergie peut être emballée dans une batterie relativement petite – et ne contiennent aucun métal toxique, donc elles sont faciles à recycler.
Batteries lithium-ion
Les batteries au lithium-ion, qui sont apparues sur le marché au début des années 1990, ont une densité énergétique très élevée et sont moins susceptibles que la plupart des batteries de perdre leur charge lorsqu’elles ne sont pas utilisées – une propriété appelée autodécharge. En raison de leur poids léger et de leur faible entretien, les batteries au lithium-ion sont largement utilisées dans les appareils électroniques tels que les ordinateurs portables. Certains experts pensent que les batteries au lithium-ion sont l’avant batterie rechargeable parfaite, et que type de batterie est la meilleure solution pour booster le marché des véhicules électriques actuellement. Quasiment tous les nouveaux véhicules sur le marché sont alimentés par des batteries au lithium-ion : Renault Zoé, Kia Niro EV, Nissan Leaf…
Une variante des batteries au lithium-ion, appelée batterie au lithium-ion polymère, pourrait également s’avérer précieuse pour l’avenir des véhicules électriques. Ces batteries pourraient éventuellement coûter moins cher à fabriquer que les batteries au lithium-ion ; toutefois, à l’heure actuelle, les batteries au lithium-ion polymère sont d’un coût prohibitif.
Maintenant que nous savons comment fonctionnent les batteries de voitures électriques, attardons nous sur la provenance des matériaux qui constituent ces batteries et comment elles sont fabriquées.
Le marché des batteries de voitures électriques dans le monde
Afin de mieux comprendre les objectifs de l’Airbus des batteries, il faut étudier le marché des batteries dans le monde. Le marché mondial des batteries pour véhicules électriques (VE) était estimé à 23 milliards de dollars en 2017 et devrait atteindre 84 milliards de dollars d’ici 2025.
Un marché en forte croissance
Depuis quelques années, les consommateurs sont plus enclins à opter pour des véhicules électriques ou des hybrides-rechargeables. Plusieurs raisons expliquent ce phénomène : les véhicules électriques n’ont pas besoin de carburant (essence ou diesel) et ont un coût d’entretien moins élevé, ce qui réduit éventuellement les dépenses des consommateurs. De plus, l’éveil des consciences pousse les consommateurs à adopter des véhicules moins polluants.
Selon l’Avere, le marché des véhicules électriques est en constante augmentation : en Juin 2019, le nombre d’immatriculations a augmenté de + 46% en France.
La croissance du marché des batteries pour véhicules électriques (VE) est alimentée par l’augmentation de la demande de véhicules zéro émissions, la diminution du coût de production des batteries et une sensibilisation accrue aux changements climatiques à l’échelle mondiale.
Ce marché représente un potentiel important, mais jusqu’ici inexploité, pour les fabricants de batteries et les constructeurs automobiles européens, ainsi que pour l’économie européenne en général. Actuellement, le marché des batteries pour VE est dominé par des acteurs de trois pays seulement, tous en Asie : la Chine, le Japon et la Corée. En 2018, moins de 3 % de la demande mondiale totale de batteries pour VE a été attribuée par des entreprises situées en dehors de ces trois pays, et seulement 1 % par des entreprises européennes.
La Chine domine le marché des matières premières
En Chine, les usines de production de lithium ont un air de raffineries de pétrole. En quelques années, les entreprises chinoises sont devenues parmi les plus grands producteurs mondiaux de lithium, un métal léger qui est une matière première essentielle pour les batteries. Elles ont racheté des mines de l’Australie à l’Amérique du Sud et construisent des usines en Chine pour fabriquer des produits chimiques et des batteries au lithium.
Dernier exemple en date de la capacité de la Chine à canaliser des quantités prodigieuses de capitaux vers des industries à croissance rapide, le pays a produit plus de 60 % du lithium mondial en avril, contre moins de 1 % pour les États-Unis, selon Benchmark Mineral Intelligence.
La domination de la Chine dans la chaîne d’approvisionnement des voitures électriques a suscité des inquiétudes croissantes dans une guerre commerciale qui obsède Washington et Bruxelles, les deux craignant d’être évincés de la prochaine révolution industrielle. Au début du mois de mai, deux sénateurs américains, Lisa Murkowski et Joe Manchin, ont proposé un projet de loi bipartite destiné à stimuler la production américaine de minéraux essentiels tels que le lithium.
Mais cela n'a pas toujours été le cas
Pourtant, pendant la majeure partie du XXe siècle, les États-Unis ont été le plus grand producteur de lithium, mais la mine de Kings Mountain en Caroline du Nord a fermé dans les années 1980, en raison de la concurrence du Chili. Après cela, le marché a été dominé par quelques acteurs connus sous le nom de » Big Three » : SQM du Chili, qui était contrôlé par le gendre de l’ancien dictateur du pays, Augusto Pinochet, et les producteurs américains Albemarle et FMC. En 2015, Albemarle a acquis le producteur américain concurrent Rockwood et l’année dernière, FMC a scindé ses activités dans le domaine du lithium en une entité distincte, Livent, cotée à New York.
Ce qui pose un problème pour les constructeurs européens
Les possibilités d’approvisionnement en batteries étant limitées en Europe, les constructeurs automobiles européens ont jusqu’à présent largement assuré leur approvisionnement en signant des accords à long terme avec des producteurs asiatiques. Certains équipementiers européens de premier plan, par exemple, ont jusqu’à présent exclu tout investissement supplémentaire dans la production de cellules et se sont concentrés uniquement sur la R&D et l’emballage. Nissan possède actuellement une usine à Sunderland, au Royaume-Uni, mais cherche à s’en défaire. Volkswagen vient d’annoncer qu’il investit 1 milliard d’euros dans une usine de fabrication de cellules de batterie qu’il développe en partenariat avec SK Innovation en Allemagne, tandis qu’il a également des contrats de fourniture importants avec LG Chem, Samsung et le fabricant de batteries chinois CATL.
En choisissant de ne pas produire eux-mêmes les batteries et ne parvenant pas à assurer l’approvisionnement à proximité de leurs usines européennes, les constructeurs automobiles européens risquent de se retrouver désavantagés par rapport aux constructeurs concurrents qui sont plus proches et mieux à même d’assurer l’approvisionnement en batteries à mesure que la demande de VE augmente. Par conséquent, il peut y avoir des opportunités lucratives pour les fabricants de batteries qui établissent des installations au bon endroit et au bon moment.
C’est là où le projet de l’Airbus des batteries prend tout son sens : l’Europe, afin de rester compétitive dans le marché du véhicule électrique se doit de développer ses propres batteries de voitures électriques.
L'UE souhaite un " Airbus des batteries " pour faire avancer la technologie des voitures électriques
Et contrer l’influence majeure de la Chine dans ce secteur.
Dès 2017, au 30e International electric Vehicle Symposium & Exhibition à Stuttgart, le vice-président de la Commission européenne chargé de l’énergie, Maros Sefcovic, avait déclaré que « l’Europe dans son ensemble a été à la pointe de toutes les grandes révolutions du passé dans le domaine des transports – chemins de fer, moteurs à combustion, aviation. Je suis convaincu que l’industrie automobile européenne peut ouvrir la voie de la transition mondiale vers une mobilité propre et connectée. Je suis certain que l’Europe peut devenir le continent des infrastructures automobiles intelligentes et propres. Nous sommes mieux équipés que toute autre partie du monde pour réaliser ce saut de géant. Nous devons travailler ensemble pour y parvenir.”
Ce souhait s’est concrétisé fin 2019 avec une aide publique de 3,2 milliards d’euros pour développer un “Airbus des batteries”.
L’objectif de l’Airbus des batteries est clair : rattraper les pays asiatiques et redonner un avantage concurrentiel à l’Europe dans cette nouvelle révolution des mobilités.
La Commission Européenne a donc donné son feu vert à l’Airbus des batteries. Ce projet sera porté par sept États membres de l’UE, la Belgique, la Finlande, la France, l’Allemagne, l’Italie, la Pologne et la Suède, avec une date limite globale en 2031. On estime que le projet devrait attirer 5 milliards d’euros supplémentaires d’investissements privés.
Le « projet important d’intérêt européen commun » (Piiec) sera le fruit de la collaboration de plusieurs secteurs : l’automobile (BMW), la chimie (BASF ou encore Solvay) mais aussi plusieurs petites entreprises européennes.
Les futures batteries développées seront plus sûres et plus respectueuses de l’environnement. Un travail de fond sera aussi fait pour augmenter leur durée de vie et réduire leur temps de recharge.
Ça y est, vous savez tout sur l’Airbus des batteries. Si vous avez questions, n’hésitez pas à nous contacter sur [email protected].
