Un réseau complexe de tubes et de tuyaux, étalé sur une surface de 800 m², sépare et récupère les métaux stratégiques contenus dans les batteries NMC (nickel-manganèse-cobalt), les plus répandues dans les véhicules électriques. Cette installation pilote, inaugurée à Trappes ce mardi 14 novembre en présence de la ministre de la Transition énergétique Agnès Pannier-Runacher, de la PDG de Suez, Sabrina Soussan, et de la PDG d’Eramet, Christel Bories, doit optimiser l'extraction par hydrométallurgie de plus de 90 % du nickel, du cobalt et du lithium présents dans la masse noire (black mass), cette poudre produite par broyage de batteries, avec une pureté suffisante pour pouvoir les réutiliser dans des batteries.
95 % du cobalt, du cuivre et du nickel, ainsi que 70 % du lithium devront être valorisés d’ici à 2030, selon la réglementation européenne. Pour répondre à ces exigences, Eramet envisage de traiter les métaux contenus dans les batteries en fin de vie et des rebuts de production des gigafactories qui seront installées dans le nord de la France. Avant cette échéance, la société teste d’abord son procédé à une échelle pré-industrielle. « C'est une réplique au 1/1000e de l'usine que nous envisageons de construire à Dunkerque avec un démarrage en 2027 », déclare Christel Bories, annonçant que ce site pilote traitera près de 5 tonnes de black mass par an.
Cette black mass est issue de plusieurs opérations préalables qui requièrent un savoir-faire industriel maîtrisé par Suez. La société assure le démantèlement, le déchiquetage et le broyage des batteries NCM. Les anodes et les cathodes des batteries, une fois concassées, sont réduites en poudre noirâtre contenant les principaux métaux nécessaires au stockage de l'électricité.
Il reste à séparer ces métaux par l'hydrométallurgie, un processus se déroulant en trois étapes. « C’est l'un des objectifs de l’unité pilote, souligne Julien Masson, directeur de la stratégie chez Eramet. L’installation nous permettra de tester l’assemblage de ces différentes phases de notre procédé avant le passage à une échelle industrielle. »
Filtration de la black mass
La première étape consiste à dissoudre la poudre active dans un bain acide sulfurique (lixiviation). « Dans des petites cuves s'effectue une réaction chimique qui va dissoudre les éléments de valeur : lithium, nickel et cobalt », explique Sophie Lebouil, Cheffe de projet. À la suite de cette réaction, une solution riche en ces éléments mélangée à un résidu solide (graphite) est obtenue. La solution passe ensuite dans un filtre-presse pour séparer le mélange solide-liquide. « Après la filtration, nous obtenons un liquide contenant à 99 % les principaux métaux. »
« Cette première étape n’est pas sélective, précise Sophie Lebouil. La solution contient d’autres éléments que sont l'aluminium, le cuivre, et le fer, issus du traitement mécanique, et qui sont considérés comme des impuretés pour nos sels de qualité batterie. » Une deuxième phase de purification s’impose. À partir de la solution entrante, des réactifs chimiques sont ajoutés pour rendre insolubles les impuretés. « Nous séparons successivement le cuivre, l’aluminium et le fer dans trois halls de l’unité, composés de cuves agitées et chauffées et de filtre-presse, apprend-on. À la sortie de cette étape, nous récupérons une solution purifiée à 99,9 %. »
Régénération de la solution organique
Dernière étape du processus, la séparation. Dans ce couloir dédié à « l’extraction » se trouve une ligne de mélangeurs-décanteurs permettant de séparer les éléments de valeur. Ici, l’opération liquide-liquide consiste à mélanger la solution avec un solvant organique qui va capter préférentiellement un des trois précieux métaux. Dans un mélangeur, le lithium se décante et tombe en pâte blanchâtre. Au fond d’un tube de verre, auréolé d’une couche liquide d'une teinte verdâtre se trouve le nickel. Dans un autre bocal, un liquide rougeâtre contient les sels de cobalt.
A l’issue de cette étape, la solution organique est « régénérée ». Eramet récupère ainsi 96 % de nickel, de cobalt et 90 % de lithium. « Avec cette démonstration, l’enjeu est d’adapter les conditions d’extraction, la température, les débits des phases aqueuses et organiques dans les mélangeurs-décanteurs et d’autres paramètres en fonction des espèces métalliques à extraire et à séparer », résume la cheffe du projet. L’objectif final est de produire des sels issus de l’hydrométallurgie atteignant le seuil de pureté appelé « battery grade ».
Deux usines prévues à dunkerque
Ce site est une étape préparatoire pour la construction de deux usines à Dunkerque dans le cadre du projet Relieve. L'une, dirigée par Suez, sera responsable du démantèlement, du broyage et de la séparation des constituants des batteries, produisant la black mass. Prévue pour 2025, elle aura à terme une capacité de 50 000 tonnes de modules de batteries par an, soit l’équivalent de 200 000 batteries de véhicule électrique.
L’usine d’hydrométallurgie, sous la houlette d’Eramet, traitera à partir de 2027 environ 25 000 tonnes de cette poudre noire, avec en ligne de mire la production de 5000 tonnes de nickel, 2100 tonnes de cobalt et 5000 tonnes de lithium par an. Les décisions finales d'investissement pour ces deux installations sont prévues d'ici fin 2023 et fin 2024.
