Les métaux recyclés des batteries, solution durable face à la pénurie des ressources

Dans un contexte où la demande mondiale pour les métaux critiques ne cesse de croître, la question de leur gestion durable s’impose avec une acuité particulière. Les batteries lithium-ion, pilier des technologies modernes, concentrent à elles seules cette problématique. Leur recyclage pourrait non seulement réduire les pressions sur l’extraction minière mais aussi minimiser les impacts environnementaux associés. Une analyse approfondie menée par des chercheurs de Stanford vient éclairer ce sujet complexe sous un angle inédit.

Un bilan environnemental favorable

Une étude publiée dans Nature Communications a permis d’évaluer l’empreinte écologique du recyclage des batteries lithium-ion en comparaison avec celle de l’extraction traditionnelle de métaux vierges. L’analyse réalisée démontre que le processus de recyclage émet moins de la moitié des gaz à effet de serre produits par les méthodes conventionnelles. En outre, l’eau et l’énergie utilisées sont réduites respectivement à un quart et à un douzième de celles nécessaires pour l’extraction minière primaire. Ces résultats s’avèrent encore plus marqués lorsque les matières premières proviennent des chutes de production, représentant près de 90 % des flux analysés.

William Tarpeh, professeur assistant en génie chimique à l’École d’ingénierie de Stanford et auteur principal de l’étude, a affirmé : “Cette étude nous indique que nous pouvons concevoir l’avenir du recyclage des batteries pour optimiser leurs bénéfices environnementaux.” Il a ajouté que ces conclusions permettent d’envisager une meilleure structuration des chaînes de recyclage.

L’importance géographique des installations

Les impacts environnementaux liés au recyclage des batteries dépendent fortement de l’emplacement des usines ainsi que de la source d’électricité employée. Samantha Bunke, doctorante à Stanford et l’une des trois principales investigatrices de l’étude, a expliqué : “Une usine de recyclage située dans une région où l’électricité est majoritairement produite à partir de charbon verrait son avantage climatique considérablement amoindri.” Par ailleurs, elle a souligné qu’une autre préoccupation majeure concerne les pénuries d’eau douce dans certaines zones disposant d’une énergie propre.

La plupart des données utilisées dans cette recherche proviennent de Redwood Materials, installée au Nevada, qui bénéficie d’un mix énergétique propre incluant l’hydroélectricité, la géothermie et le solaire. Cette infrastructure illustre comment un choix stratégique de localisation peut influencer positivement l’efficacité environnementale du recyclage.

Transport : un facteur clé souvent négligé

Le transport joue un rôle central dans l’évaluation comparative entre extraction minière et recyclage. Michael Machala et co-auteur principal de l’étude, a calculé que la distance totale parcourue pour extraire et raffiner les métaux actifs d’une batterie dépasse en moyenne 57 000 kilomètres. “Cela équivaut à faire un tour et demi autour de la Terre,” précisa-t-il. En revanche, le transport des batteries usagées vers une installation hypothétique de recyclage en Californie atteint environ 225 kilomètres, une différence notable qui souligne les avantages logistiques du recyclage.

Michael Machala, alors boursier postdoctoral à l’Institut Precourt pour l’énergie de Stanford, a également mentionné que cette estimation repose sur des emplacements supposés optimaux pour les futures installations de recyclage aux États-Unis.

Innovation technologique : le procédé breveté de Redwood

Redwood Materials se distingue par un procédé breveté appelé “calcination réductrice,” fonctionnant à des températures modérées sans recours aux combustibles fossiles. Ce processus extrait davantage de lithium que les méthodes pyrométallurgiques classiques, généralement très énergivores. Xi Chen, ancien boursier postdoctoral à Stanford et aujourd’hui professeur assistant à l’Université de Hong Kong, a noté : “D’autres procédés similaires émergent dans les laboratoires, opérant à des températures modérées et sans combustion de combustibles fossiles.”

Xi Chen a également observé que les entreprises intégraient régulièrement les résultats de leurs recherches dans leurs pratiques, confirmant ainsi l’importance de telles études pour guider l’expansion industrielle du secteur.

Vers une transition nécessaire

Malgré une croissance mesurable, le recyclage industriel des batteries lithium-ion demeure insuffisant face aux besoins futurs. William Tarpeh a rappelé : “Nous risquons d’épuiser les réserves de cobalt, de nickel et de lithium dans la prochaine décennie.” Bien que les États-Unis recyclent déjà 99 % des batteries au plomb depuis des décennies, le potentiel économique des batteries lithium-ion usagées reste largement inexploité.

Pour répondre à l’augmentation prévisible du volume de batteries usagées, il convient de concevoir dès aujourd’hui un système de recyclage intégré, allant de la collecte au traitement jusqu’à la fabrication de nouvelles batteries. Un appel a été lancé aux fabricants pour qu’ils intègrent davantage la recyclabilité dans leurs conceptions futures.

Légende illustration : William Tarpeh, professeur adjoint à Stanford, et Samantha Bunke, étudiante en doctorat, dans le laboratoire de Tarpeh. | Bill Rivard / Institut Precourt pour l’énergie

Article : « Life cycle comparison of industrial-scale lithium-ion battery recycling and mining supply chains »- DOI : 10.1038/s41467-025-56063-x