Economie

Sodium vs lithium, le casse-tête énergétique de la voiture propre

Gilles Bridier, mis à jour le 05.10.2016 à 16 h 25

Y aura-t-il assez de lithium dans le monde pour produire les batteries des voitures électriques? Les chercheurs français travaillent sur une technologie alternative au sodium… aux réserves infinies.

Voiture électrique Renault au Mondial de l'automobile I ERIC PIERMONT / AFP

Voiture électrique Renault au Mondial de l'automobile I ERIC PIERMONT / AFP

La voiture électrique, en vedette au Mondial de l’automobile à Paris, entame doucement sa percée. Bien qu’encore confidentielles, ses ventes se développent et le parc s’étoffe. L’université américaine UC Davis, implantée en Californie, État où circulent aujourd’hui le tiers des quelque 200.000 voitures électriques aux États-Unis, estime que leur nombre devrait être multiplié par cinq dans le monde en quatre ans. On passerait ainsi d’un peu plus de 500.000 unités en 2014 à 2,7 millions en 2018. Rien qu’en Europe, on évalue le parc électrique à un peu plus de 250.000 véhicules. La montée en puissance, bien que lente, est perceptible en France même si, en part de marché, seulement 1,1% des voitures vendues sont à propulsion électrique, note l’association pour la mobilité électrique Avere.

L’anticipation de Carlos Ghosn, patron de Renault-Nissan, qui prévoyait en 2009 que les ventes de voitures électriques représenteraient 10% du total du marché à l’horizon 2020, se révélera probablement un peu optimiste. Malgré tout, les volumes sont dorénavant suffisamment significatifs pour qu’une question essentielle, dont dépend l’avenir de l’électrique, se pose: les batteries seront-elles disponibles, en nombre et en performances?

Lithium, le nouvel eldorado?

Les spécialistes du CNRS estiment que le marché mondial des batteries devrait doubler d’ici à 2020, porté notamment par la demande pour la voiture électrique. Or, aujourd’hui, pour l’automobile, la technologie du lithium-ion est privilégiée, comme pour les téléphones portables. Au point que, à terme, les deux tiers du lithium dans le monde seront utilisés par l’industrie automobile. Mais les ressources, devenant stratégiques, pourront-elles subvenir à la demande, dans des conditions écologiquement acceptables d’exploitation?

Sur un strict plan quantitatif, les réserves de lithium sur la croûte terrestre permettent de voir venir. Les estimations oscillent entre 17 et 25 millions de tonnes réparties entre le Chili, les États-Unis la Chine et l’Argentine qui exploitent déjà leurs filons, et surtout la Bolivie qui détient le tiers des réserves mondiales et qui n’a pas encore démarré l’exploitation. Si l’on considère que la production de lithium dépasse aujourd’hui 30.000 tonnes et que la demande pourrait augmenter de 20% par an comme au cours des dix dernières années, les constructeurs disposent de quelques siècles avant d’épuiser ces réserves. Mieux vaudrait malgré tout ne pas arriver à cette extrémité.

Reste à savoir à quels prix ces batteries pourront être commercialisées. En engageant son mégaprojet d’usine de production en Californie, l’américain Tesla qui ne se contente pas de construire des voitures, compte produire 500.000 batteries par an dans cette Gigafactory à partir de 2020 et diviser par trois le coût des batteries en 2025 grâce aux économies d’échelle réalisées. Ce qui, diminuant le coût de fabrication d’une voiture électrique, devrait soutenir le marché. D’autant qu’avec des batteries au lithium, une autonomie de 250 km peut normalement être atteinte par les véhicules qui les utilisent; Renault annonce même une extension à 320 km (400 km théoriques) de l’autonomie de sa  Zoé.

Les industriels français ont relancé depuis cinq ans les travaux sur une technologie sodium-ion, qui avait déjà été étudiée dans les années 1990

Mais quel sera le prix environnemental à payer au véhicule électrique? Le lithium présente un autre avantage: son point de fusion étant relativement bas, les batteries qui en contiennent peuvent être assez facilement recyclées, et à des coûts compétitifs, explique Jean-Marie Tarascon, spécialiste du stockage de l’énergie au CNRS et directeur du laboratoire du solide et de l’énergie au Collège de France. 

Il faudra néanmoins améliorer la collecte de ces batteries pour parvenir à une véritable capacité de recyclage. Mais sous réserve de cet aspect logistique, la réutilisation du matériau pourra permettre d’économiser les réserves du minerai.

Une filière française au sodium-ion

En outre, le lithium-ion n’est pas la seule technologie de batterie qui doit se développer. Les industriels français regroupés au sein du Réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie (RS2E)  et le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) ont relancé depuis cinq ans les travaux sur une technologie sodium-ion, qui avait déjà été étudiée dans les années 1990. Cette technologie serait un peu moins performante en termes de puissance, mais elle permet des recharges plus rapides pour un coût de 10 à 15% plus bas qu’avec le lithium.

Une véritable course est engagée pour cette filière française en devenir, dans la mesure où la concurrence asiatique, qui s’est d’ores et déjà dotée des structures de production et de commercialisation avec les batteries lithium-ion, peut très vite basculer sur une technologie au sodium. De sorte que la recherche française, qui jouit à ce stade d’une avance d’un an ou deux, peut encore se faire souffler son invention comme ce fut le cas pour… la batterie au lithium que le japonais Sony parvint à industrialiser plus vite compte tenu de ses débouchés immédiats dans l’électronique japonaise.

Toutefois, il n’est pas certain que des batteries au sodium-ion soient aussi bien adaptées que celles au lithium-ion pour des voitures électriques; question de place, pour des véhicules tout électriques. En revanche, estime Jean-Marie Tarascon, il serait très facile de privilégier le sodium-ion pour des utilisations fixes de batteries ou pour des voitures hybrides, et de réserver le lithium aux portables et aux voitures électriques. Afin de réduire les besoins en lithium. Car le sodium est abondant, sur terre… et surtout en mer. Jules Verne dans 20.000 Lieues sous les mers n’avait-il pas prédit qu’il servirait les technologies du futur…

La filière française au sodium-ion s’inscrit donc dans une perspective plus durable, avec des ressources presqu’infinies. Elle peut devenir une filière d’excellence si les clients parmi les industriels sont au rendez-vous.

Plus il y aura de voitures électriques sur les routes, plus les besoins en électricité seront élevés

Débat écologique

Toutefois, que les batteries soient au lithium ou au sodium, le caractère écologique de la voiture électrique impose que l’énergie primaire qui sert à recharger les batteries soit elle-même décarbonée. C'est-à-dire que l’électricité produite pour ces recharges soit d’origine nucléaire, ou provienne des énergies renouvelables. On n’imaginerait pas recharger des batteries destinées à des voitures sans émissions polluantes, avec une électricité produite par des centrales au gaz ou au charbon qui dégraderaient le bilan carbone. La contradiction serait flagrante pour des voitures pas aussi propres qu’on le prétend.

Mais  plus il y aura de voitures électriques sur les routes, plus les besoins en électricité seront élevés. Et comme la progression des renouvelables dans le mix énergétique ne se conçoit que dans un contexte d’économies d’énergie, l’équation de la voiture électrique devient fort compliquée s’il faut mener parallèlement une réduction des capacités nucléaires. Les contradictions existent.

Cependant, cette question dépasse le cadre de la recherche sur les batteries. Dans l’immédiat, Jean-Marie Tarascon préfère se concentrer sur la possibilité d’offrir aux batteries une deuxième vie, en mettant en place les moyens d’une traçabilité des batteries afin de pouvoir la réutiliser dans d’autres configurations que d’origine. Ainsi, en mettant au point une sorte de «carte vitale» des batteries, on pourrait encore plus réduire le recours aux matières premières dans une démarche toujours plus respectueuse de l’environnement.  Pas avant dix ou quinze ans, imagine le directeur du RS2E… Mais l’évolution des puces électroniques est telle que ce rêve est permis.

Gilles Bridier
Gilles Bridier (634 articles)
Journaliste
En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de cookies pour réaliser des statistiques de visites, vous proposer des publicités adaptées à vos centres d’intérêt et nous suivre sur les réseaux sociaux. > Paramétrer > J'accepte