Avec la fin de la COP27 - sommet international des questions environnementales- le sujet de la transition écologique est à l’ordre du jour en politique. En effet, le réchauffement climatique et la pollution prennent progressivement de l’importance dans les débats institutionnels, ces derniers oscillant majoritairement cependant autour de la transition énergétique, c’est-à-dire la transformation durable de tous les secteurs de l’énergie. Elle se traduit notamment par des mesures telles que la prime à l’achat ou la location d’un véhicule électrique, ou encore par le délaissement d’énergies fossiles.
Cependant, le noyau de la transition écologique comporte ses contradictions. En effet, l’électricité devrait devenir la principale manière de stocker de l’énergie alors que la production de batterie reste polluante et possède des limites physiques de stockage.Aujourd’hui, il faut donc se pencher sur l’enjeu technologique des batteries dans la transition écologique et la création d’une électricité complètement verte.
Fonctionnement d’une batterie. Une cathode et une anode sont reliées par un circuit électrique et un pont salin. Elles sont toutes les deux dans une solution ionique. L’oxydation de l’anode amène les électrons à circuler dans le dispositif. Ainsi, un courant électrique est créé et la pile arrête de fonctionner lorsque l’anode est complètement “rongée”. Voir images.
L’extraction de Lithium, un processus néfaste pour l’environnement. Il existe de nombreux types de batteries, mais celles que nous rencontrons le plus souvent sont les ion-lithium, présentes dans nos téléphones, ordinateurs, vélos, etc. D’une importance capitale, la consommation de lithium dans le monde a augmenté de 10% depuis 2015 et risque de croître encore largement avec le développement des voitures électriques.
En quoi ceci constitue-t-il un problème pour l’environnement ?
Le lithium est présent naturellement dans les lacs salés dont il est principalement extrait, mais aussi dans des roches magmatiques telles que les pegmatites. Son extraction constitue cependant un réel problème. En effet, pour extraire le lithium de son état salin et le récupérer des lacs, il faut utiliser de nombreux processus tels que le dessèchement des lacs de sel ou encore le traitement par produits chimiques tels que la précipitation ou la filtration, -par l’ajout de substances chimiques dans un liquide, ses constituants se séparent.
Ceci entraîne non seulement le pillage des ressources à proximité en eau douce, mais aussi une pollution conséquente des sols et des cours d’eau par l’utilisation de tels produits chimiques. Son extraction détruit de même les paysages et vide les lacs de toute forme de vie. Les ressources amoindries et les eaux intoxiquées, l’alimentation de nombreuses espèces devient difficile et la chaîne alimentaire est perturbée, jusqu’à l’échelle humaine L’extraction du lithium menace donc véritablement les écosystèmes et met en danger la qualité de vie des habitants voisins des ces “mines d’or blanc”.
L’extraction du cobalt, et l’exploitation moderne. Un autre composant important des piles lithium-ion est le cobalt, qui est utilisé dans la plupart des cathodes. Contrairement au lithium, le cobalt n’est pas présent abondamment sur la croûte terrestre et est aussi très mal réparti : les mines principales se situent en République Démocratique du Congo (RDC), une véritable opportunité pour les habitants d’obtenir du travail, si ce n’était dans des conditions déplorables. En effet, le travail dans ces mines n’est ni réglementé et ni réellement encadré. Les enfants sont entraînés à creuser dès leur plus jeune âge et drogués pour augmenter leur capacité de travail, le tout pour un salaire moindre. En plus des accidents de travail fréquents, le cobalt pur est toxique pour l’organisme et entraînerait des maladies congénitales et respiratoires. De plus, l’extraction de cobalt entraîne de nombreux impacts environnementaux. Effectivement, l’exploitation minière est très gourmande en énergies fossiles, mais elle cause surtout la remontée de minéraux et de gaz toxiques. C’est le cas pour l’uranium en RDC, qui finit donc souvent par être introduite dans les cours d’eau ou éparpillée dans l’air. La nécessité de se défaire de cette exploitation aberrante confirme qu’un changement radical doit être fait dans l’industrie des batteries.
Comment faire des batteries moins polluantes ?
Il existe déjà plusieurs alternatives aux batteries ion-lithium et qui pour certaines présentes des avantages intéressants. Déjà disponibles sur le commerce, les batteries lithium-fer-phosphate disposent d’une densité énergétique moins élevée(150-200 Wh/kg) que les batteries lithium-ion(90-120 Wh/kg) mais cela leur permet d’avoir une plus longue durée de vie (50 jours de plus environ), d’être rechargées moins fréquemment et de plus rapidement.
Ces batteries ne contenant aucune substance toxique sont plus stables et supportent mieux la chaleur. Elles sont cependant plus lourdes que les batteries lithium-ion.
De plus, des scientifiques de l’Université de Californie ont élaboré une nouvelle méthode de recyclage extrêmement efficace. Pour les mêmes batteries lithium-fer-phosphate, elle utilise à minima 80% d’énergie et provoque 75% d’émission de gaz à effet de serre en moins. Le protocole établi par l’équipe utilise les cellules d’une batterie épuisée à 50% et une solution de sel de lithium et d’acide citrique. En reconstituant les stocks d’ion lithium dans la cathode, il permet d’en produire de nouvelles avec une capacité de 100%.
Pour des batteries épuisées à 50% de leur capacité, il s’agit de faire sécher puis chauffer une solution de sel de lithium, d’acide citrique et la poudre obtenue lors du désassemblage des cellules de la batterie.
Comme le montre aussi IBM (International Business Machines Corporation), une réponse existe à ces enjeux. En effet, le groupe a créé une batterie avec des matériaux extraits de l’eau de mer et contenant un électrolyte -substance ionisante lorsque dissoute dans des solvants appropriés-, ainsi celle-ci est nettement moins polluante et inflammable que les batteries ion-lithium.
Elle présente aussi une plus haute densité d’énergie et de puissance, qui lui permet d’atteindre 80% de recharge en 5 minutes. En plus des coûts de production moindres, ce dispositif innovant est donc plus efficace énergétiquement.
On voit que des entreprises peuvent faire avancer l’innovation technologique et arrivent par la science à trouver des réponses aux enjeux environnementaux. Un soutien de la recherche et de l’innovation semble donc primordial dans le cadre de la transition écologique.
Blog écrit par : Alexandre TAUFFLIEB, Hafsa LECLERC
Sources :
Quel est l'impact écologique d'une batterie ?
Bolivie : l’extraction du lithium menace le plus grand désert de sel du monde | National Geographic
Batteries au lithium : des scientifiques ont trouvé la clé qui les rendra beaucoup moins polluantes
IBM invente une batterie écologique sans métaux lourds grâce à l'eau de mer
Les "champs de lithium" d'Amérique du Sud loin d'être anodins | Euronews
Le parcours du lithium - depuis l'extraction jusqu'à la batterie | CultureSciences-Chimie (ens.fr)
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