«Nous avons sans cesse un peu peur des incendies», confie Tuomas Tommila. Depuis trois ans, l’ingénieur est chargé du développement des procédés de recyclage de batteries au lithium chez l’énergéticien finlandais Fortum. Il le sait mieux que quiconque : «si les batteries fonctionnaient, elles ne seraient pas là». Au milieu de forêts de sapins, à trois heures de route au nord-est d’Helsinki, le site d’Ikaalinen en porte les stigmates. Une partie de l’usine est recouverte de cloisons blanches quasi-neuves. Elles tranchent avec le gris du reste du bâtiment et rappellent que l’année dernière, le site a été victime d’un feu violent. Si les causes n’ont pu être établies avec certitude, les batteries lithium-ion usagées que l’usine réduit en bouillie font partie des principaux suspects.
Pionnier européen du recyclage de batteries
L’usine est dédiée à la première étape du recyclage des batteries. Là, les packs, modules et cellules hors d’usage – qu’ils proviennent de voitures en fin de vie ou de lots défectueux en sortie d’usine – sont désossés et broyés. Le produit ? Une pâte noire constellée de points brillants, que Tuomas Tommila montre dans une grande pelle en plastique. «Voici la “black mass” : tous les matériaux de valeur sont ici, le noir vient du graphite, mais on y retrouve aussi le cobalt, le nickel et le manganèse», explique-t-il. C’est cet agrégat de métaux précieux qui est extirpé des batteries via des méthodes mécaniques à Ikaalinen. Il sera ensuite envoyé dans une autre usine à Harjavalta, à une heure de route à l’ouest, pour être soumis à des traitements hydrométallurgiques, seuls capables de séparer les métaux avec la pureté nécessaire.
Nathan Mann La black mass, produit final du recyclage mécanique des batteries, contient tous les métaux critiques des électrodes de batteries(crédits photo : Nathan Mann)
En Europe, Fortum est le pionnier du recyclage industriel des batteries électriques. «Cela fait près de dix ans que nous travaillons sur le sujet», raconte Tero Holländer, le dirigeant de Fortum Battery Recycling. L’entreprise cotée à la bourse de Helsinki avait alors souhaité mettre à profit son expérience en tant «plus grande société de services de gestion des déchets d’Europe du Nord», dans le plastique, les métaux de base ou les déchets toxiques. Elle se positionne sur un marché en croissance sur lequel se ruent de nombreux industriels, attirés par la transition électrique de l’automobile et les taux de recyclage ambitieux qu’impose le futur règlement européen sur les batteries [voir entretien].
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«Si l’on prend en compte seulement les matériaux actifs, nous arrivons au-dessus de 95% de récupération»
— Tero Holländer
Pas de méthode unique
Dans l’usine d’Ikaalinen, quatre étapes sont nécessaires pour désosser un pack batteries, liste Tuomas Tommila. D’abord, les modules sont retirés de l’emballage (le “pack”, souvent en aluminium) et des appareillages externes qui les entourent, comme le circuit de refroidissement, via l’entremise d’outils manuels et de force brute. Il faut ensuite vider les batteries de l’énergie qu’elles stockent encore. Chaque module est branché manuellement à des résistances, qui chauffent et mettent les cellules à plat. Tout l’art du procédé consiste à éviter les emballements thermiques, donc les feux, tout en industrialisant les méthodes malgré la diversité des produits à traiter. Fortum a développé des lignes optimisées, mais qui font encore appel à beaucoup de travail manuel pour traiter la diversité des modules argentés qui patientent sur des palettes, dont la taille comme la composition chimique varient.
Nathan Mann Une fois sortis des packs, les modules de batteries sont déchargés à la chaîne (crédits photo : Nathan Mann)
Il n’y a pas de méthode unique : chaque nouveau produit suppose de nouvelles instructions, et «il faut toujours quelques mois pour développer des process et trouver les vitesses limites de décharge sans risque», décrit Tuomas Tommila. Les modules uniques ou les cellules orphelines sont quant à eux déchargés à côté, sur des établis spéciaux qui drainent les électrons lentement et sont stockés dans des conteneurs maritimes à l’extérieur de l’usine pour limiter les risques.
Ces précautions de sécurité se retrouvent partout dans l’usine. Chaque batterie en décharge est au-dessus d’un bassin d’eau, où elle tombera d'un simple coup de pied sur une pédale, mime l’ingénieur. De la même manière, avant que le broyeur ne transforme les batteries déchargées en fines pétales de matériaux, ces dernières sont immergées pour éviter tout risque d’ignition. Résultat : la black mass doit être séchée avant d’être transportée, tandis que les fins flocons de cuivre, d’aluminium et de plastique qui proviennent de l’emballage et des collecteurs de courant des cellules se collent les uns aux autres. Ces confettis sont ensuite difficiles à séparer, et sont aujourd’hui recyclés de manière insatisfaisante.
Récupérer 95% des matières actives
«Dans les batteries, le plus dur à recycler aujourd’hui est le plastique, notamment les séparateurs, ainsi que les électrolytes», détaille Tero Holländer par téléphone. Il juge «difficile de donner un pourcentage exact du contenu recyclé d’une batterie, car tout dépend des modalités de calculs.» Les matériaux les plus épais, qui forment l’emballage et se séparent simplement, sont bien récupérés. Mais les plus fins restent mélangés et brûlés au sein de fonderies dédiées au recyclage, quitte à perdre en pureté du produit final… Ce qui n’empêche pas le dirigeant voir le verre à moitié plein : «si l’on prend en compte seulement les matériaux actifs, nous arrivons au-dessus de 95% de récupération».
Fortum A Harjavalta, trois étages de cuves et de tuyaux sont nécessaires pour mener la petite dizaine d'étapes qui permettent de passer de la black mass au sulfate de nickel et de cobalt. (crédits photo : Fortum)
C’est à Harjavalta que cette dernière opération a lieu. Ouverte en avril 2023, l’usine est constituée d’une armada de cuves et de tuyaux d’aciers, disséminés sur quatre étages. De quoi purifier la black mass, mais aussi des résidus de matériaux actifs de cathode et de leurs précurseurs (cam et p-cam). Des composés chimiques intermédiaires pour produire des batteries, que le géant allemand BASF produit… à deux pas, sur la même zone industrielle. Fortum, qui a investi 27 millions d’euros dans son usine, utilise une technique d’hydrométallurgie obtenue par le rachat d’une start-up (Crisolteq) en 2020 et optimisée depuis. Ce processus est régulièrement présenté comme la voie royale du recyclage de batteries, car il est le seul qui permet de récupérer le lithium.
«Nous rendons tous les métaux solubles en injectant dans la black mass de l’acide sulfurique à 95%», décrit le responsable des opérations, Jan Patterson. S’ensuit ensuite une chasse progressive aux impuretés, en commençant par le graphite (seul matériau qui ne se dissout pas). Le mélange varie ensuite en température, jusqu’à 90°C, et en PH, via l’ajout de peroxyde d’hydrogène et d’hydroxyde de sodium. De quoi récupérer le manganèse d’abord (qui sera utilisé en métallurgie) puis purifier le mélange en retirant les traces d’aluminium, de phosphore et de fluor… Des polluants qui seront enterrés dans une décharge de produits toxiques. L’objectif est d’optimiser la proportion et la pureté des métaux récupérés.
Des clients dans le monde des mines
«La recette est ajustée à chaque fois», précise Jan Patterson. Aujourd’hui, le graphite est réutilisé dans des procédés industriels moins sourcilleux que les batteries sur la qualité, tandis que le lithium n’est pas récupéré directement pour l'instant, mais devrait pouvoir l’être pour produire de l’hydroxyde (la forme chimique utilisée dans les batteries) dès la fin 2024. En sortie d’usine, il ne reste alors que du sulfate de cobalt et de nickel en solution.
Qui sont les clients ? La mixture est vendue à des industriels qui disposent déjà d'installations capables d'en faire des composés de qualité batterie, répond Fortum. L’entreprise minière finlandaise Terrafame, avec laquelle un partenariat a été signé mi-juin et qui produit du nickel et du cobalt de qualité batterie depuis 2021, en fait partie. D’autres champions miniers présents à Harjavalta, comme Nornickel ou Boliden, pourraient aussi être intéressés. L’usine, dont la production actuelle n’est pas dévoilée, est titulaire d’un permis environnemental pour 50 000 tonnes de matériaux entrants par an et prévoit des extensions pour atteindre au moins 30 000 tonnes d’ici 2027. Il s’agit maintenant de construire la filière.
«Nous visons 90 000 tonnes en Europe d’ici 2030», explique Tero Holländer, directeur de l’activité batteries chez Fortum
Pouvez-vous détailler votre business-model ?
Nous avons des clients de chaque côté de la chaîne de valeur. La batterie est un déchet toxique. Donc d’un côté, nous avons comme clients des fabricants de batteries (qui nous envoient les modules et les packs défectueux) et de voitures, avec lesquel nous travaillons soit directement soit au travers de la responsabilité élargie du producteur. Nous obtenons aussi des batteries via les recycleurs généralistes, qui nous fournissent des batteries en fin de vie, et auxquels nous procurons des services de gestion des déchets. De l’autre côté, nous vendons nos produits finaux : le sulfate de nickel et de cobalt et bientôt, l’hydroxyde de lithium. Mais je ne vous donnerai pas la répartition de revenus entre les deux flux.
Êtes-vous inquiet quant à votre capacité à sécuriser vos approvisionnements en vieilles batteries ?
Nous estimons que dès 2027, les volumes de batteries en fin de vie excéderont ceux des chutes de production (qui sont déjà nombreux). Le marché croît rapidement, d’environ 20% par an. Il y a déjà des volumes grâce à la micro-mobilité, comme les vélos électriques, et le véhicule électrique est aussi en croissance constante. Nous ne sommes pas inquiets : les déchets seront là. Même après 2030 la croissance de 20% continuera. Et nous avons l’avantage de faire partie des premiers arrivés, en ayant investi très tôt sur le sujet. D’autres entreprises se positionnent, mais nous savons que développer des méthodes et une usine de recyclage prend des années et requiert un capital conséquent. Les conditions financières actuelles vont impacter les nouveaux venus.
Êtes-vous rentable ?
Nous avons beaucoup investi et nous continuerons de le faire pour les dix ans à venir. Si nous arrêtions d’investir aujourd’hui, nous aurions des résultats positifs dans deux ans. Mais ce n’est pas notre cible. Nous voulons être un acteur majeur sur le marché de la batterie européenne, il nous faut une taille significative pour la récupération de déchets de batteries et la production de matériaux. A Harjavalta, nous souhaitons pouvoir traiter 30 000 tonnes de produits entrants par an en 2027. Et nous visons 90 000 tonnes en Europe d’ici 2030 ! Bien sûr, nous aurons besoin d’un réseau de sites en Europe, notamment pour récupérer et prétraiter les batteries.
Regardez vous du côté de la France ?
Nous avons déjà annoncé un site en Allemagne [à Kirchardt dans le Baden-Württemberg, pour produire de la black mass ensuite traitée en Finlande, ndlr] et nous y développons un deuxième. Après Harjavalta, notre prochaine usine d’hydrométallurgie sera hors de Finlande… Nous voulons être présents sur les principaux marchés européens. L’Allemagne en fait partie et nous avons commencé là-bas car les opportunités sont nombreuses, mais bien sûr, la France est très intéressante.
