«La mine n'est que l’une des étapes nécessaires avant d'avoir un produit à vendre», explique Martin Philips. Le directeur de Talga pour l'Europe ne cache pas son ambition : la junior australienne souhaite non seulement ouvrir des mines de graphite au nord de la Suède, mais aussi transformer ce dernier pour lui donner la qualité nécessaire pour intégrer des batteries dans une usine à Luleå. C'est déjà là, dans cette ville au bord de la Baltique, à l'extrême nord du pays, que l'entreprise fait ses armes sur un pilote industriel.
Depuis avril 2022, cette installation rutilante permet à la junior australienne de tester ses méthodes pour garantir qu'elle sait transformer le graphite naturel – cet assemblage de très fines couches de carbone formé par le temps et la pression dans les profondeurs de la Terre – en produit utilisable au sein des véhicules électriques. Une étape complexe et cruciale, aujourd’hui à 100% réalisée en Chine. D’où l’enjeu pour l’entreprise – qui a obtenu un permis environnemental pour débuter les travaux de sa première mine, baptisée Nunasvaara Sud et située près du village de Vittangi, le 5 avril dernier – de la maîtriser. Ambitieuse, Talga insiste sur l'autonomie européenne et prévoit de démarrer la production de sa mine dès 2024, et d'enchaîner très vite avec son usine pour atteindre une capacité industrielle de 19 500 tonnes de matériel d’anodes en 2026. Soit assez de graphite pour équiper plus de 250 000 véhicules électriques par an.
Un marché à 46% de croissance en 2022
Le graphite n’est pas simplement l’ingrédient salissant qui sert de cœur aux crayons à papier. Il est aussi, voire surtout, l’une des matières stratégiques des voitures électriques. «Tout le monde pense au cobalt ou au nickel des cathodes que l’on trouve dans les batteries au lithium, mais l’anode est toujours en graphite, une ressource qui provient presque exclusivement de Chine ou d’Afrique», regrette Martin Philips, ingénieur chimiste de formation. C’est de l’anode, le pôle négatif de la batterie, que sortent les électrons pour faire rouler une voiture. Selon le bureau géologique des Etats-Unis (USGS), sur un marché de 1,3 million de tonnes de graphite en 2022 les trois premiers producteurs étaient, dans l’ordre, la Chine (pour plus de 60% du marché), le Mozambique et Madagascar.
Pascal Guittet Le minerai de graphite se présente comme un composé de carbone, cristallisé sous forme de feuillets empilés (crédits photo : Pascal Guittet)
D’où le caractère stratégique du graphite. Selon le cabinet britannique Benchmark Mineral Intelligence (BMI), la demande pour produire des anodes de batteries a crû de 46% sur la seule année 2022, et les prix ont augmenté de 25%. En cause : le véhicule électrique, qui est devenu le premier marché de ce matériau à forte conductivité, devant ses usages traditionnels comme les plaquettes de freins, les lubrifiants, ou les procédés métallurgiques et les matériaux réfractaires.
La croissance du véhicule électrique engendre donc des tensions, voire des pénuries sur certains segments du graphite, classifié par les spécialistes selon sa pureté et la taille des flocons qui le composent et forment une poudre à l'œil nu. Selon BMI, le marché devrait dépasser les 10 millions de tonnes en 2040, dont 8 millions sont manquantes aujourd’hui, si l’on ne prend en compte que les projets déjà annoncés, tels celui de Talga. Du graphite synthétique, produit à partir de coke de pétrole, répond aussi à une partie de la demande, mais suscite des critiques en raison de son impact carbone. «Faire du graphite synthétique suppose de cuire du coke de pétrole à 3 000°C pendant 30 jours», dénonce Martin Philips, en chiffrant que le matériau d’anode produit par Talga émet 96% de CO2 de moins que les alternatives synthétiques.
Rendre le graphite sphérique
Reste que produire du graphite de qualité batterie n’est pas chose aisée. Talga met en avant la bonne teneur de son gisement (dont le minerai contient autour de 25% de graphite) et la petite taille des flocons de son minerai, formé de grains épais d’une dizaine de microns (soit dix fois moins qu’un cheveu humain). Deux caractéristiques qui simplifient la tâche de raffinage de graphite de qualité batterie, qui passe par deux étapes principales. D'abord, le matériau doit être concentré et purifié à 99,95%. Une opération que Talga sous-traite aujourd’hui, mais qui se fait très souvent en Chine via des procédés qui ne lésinent pas sur l’acide fluorhydrique. Pour son usine de taille industrielle, l’entreprise prévoit d’utiliser un système thermique, au sein duquel le graphite est chauffé pour en retirer les impuretés en consommant moins de produits chimiques.
Pascal Guittet Au sein du pilote, le graphite pur est déplacé dans des creusets en graphite sur des convoyeurs protégés pour éviter toute contamination (crédits photo : Pascal Guittet)
Ensuite, une fois le graphite purifié, il doit être transformé pour que ses flocons prennent une forme dite sphérique, dont l'allure au microscope fait plutôt penser à des pommes de terre. Cette modification permet aux grains de mieux s’entasser les uns sur les autres (donc de gagner en densité), mais aussi de créer un empilement complexe, dont les bords sont désordonnés. «L’objectif est de favoriser l’intercalation des ions lithium dans les flocons, où ils s’insèrent comme dans les pages d’un livre», explique Martin Philips.
Pour cela, le graphite en poudre est d’abord mélangé avec un enrobage tenu secret avant d’être malaxé mécaniquement, «à la manière d’une boule de pâte», pour arrondir les flocons extrêmement fins. Talga la réalise dans un appareil conique dont toute photographie est interdite. L’ensemble, déplacé dans des creusets en graphite pour éviter toute contamination, est ensuite transporté manuellement vers une ligne de convoyeurs, qui amène la poudre dans un four électrique à 1 000°C pour stabiliser le matériau.
Pascal Guittet Un laboratoire permet aux ingénieurs de Talga de créer toutes sortes de batteries (ici sous forme de piles bouton) pour en tester les performances (crédits photo : Pascal Guittet)
«A l’échelle industrielle, l'opération sera plus automatisée et comptera 6 lignes de 16 mètres chacune», décrit le directeur opérationnel de l’usine, Stefan Sandberg, devant le pilote. Un amoncellement de convoyeurs et de tuyaux argentés donnent une perspective. Reste encore pour cela à réunir les 500 millions d’euros nécessaires au projet, et surtout à convaincre de futurs clients. «Nous produisons déjà des batteries, que nous envoyons aux constructeurs pour les convaincre de nos performances», souligne Martin Philips dans le laboratoire de Talga, adjacent au pilote. Pour écouler sa production suédoise, l’entreprise australienne a déjà annoncé deux partenariats avec des constructeurs de batteries : les deux français ACC et Verkor.
Ruée sur les mines de graphite du nord de l’Europe
La première mine prévue par Talga, Nunasvaara Sud, a bataillé pour exister. Le projet, qui vise à exploiter le gisement de Vittangi, prévoit deux puits à ciel ouvert, pour un total de 100 000 tonnes de minerais par an sur 25 ans. Une activité impactante donc, que Talga a décidé de ne mener que l’été afin de réduire l’impact sur les rennes élevés dans la région en hiver… et d’obtenir son permis. Mais la société regarde déjà les potentiels projets d’extension et explore deux autres gisements en Suède, Jalkunen et Raitajärvi. Au-delà, de nombreux autres projets se développent dans le nord de l’Europe, face à ce qui s'apparente à une ruée vers le graphite. En Suède, l’entreprise canadienne Leading Edge Materials dispose déjà d’une mine à l’arrêt, Woxna, et a régulièrement indiqué ces dernières années la possibilité d’un redémarrage proche. En Norvège à côté, l’entreprise Australia’s Mineral Commodities exploite déjà la mine de Skaland, qui peut produire 16 000 tonnes de graphite par an. Elle a annoncé un protocole d’accord avec l’américain Superior Graphite pour une potentielle usine de raffinage de qualité batterie et explore d’autres gisements. De leur côté, les norvégiens Elkem, Hydro et Altor se sont joints dans la coentreprise Vianode et ont confirmé en septembre 2022 investir 194 millions de dollars pour installer une petite usine à Heroya, en Norvège, dès 2024. En Finlande Enfin Beowulf Mining développe le gisement d’Aittolampi via sa fililale Fennoscandian Resources.
