Les longues cheminées en briques de Tokai Cobex tranchent la monotonie du ciel de Venissieux, en banlieue de Lyon. Elles rappellent au visiteur que l’usine fut construite à la fin du XIXe, quand les zones pavillonnaires et les supermarchés étaient encore loin. Le site a d'abord servi à fournir l’industrie sidérurgique française en électrodes, puis s'est spécialisé dans les cathodes en graphite : de gigantesques blocs noirs argentés, qui servent de briques de base au fond des cuves d’électrolyse d’aluminium.
C'est sur ce savoir-faire ancien que l'entreprise a capitalisé pour faire un nouveau pari d’ampleur, dont témoignent les dizaines de big bag beiges qui patientent sous les charpentes d’acier d’une halle refaite à neuf. De certains des sacs tissés s’échappe une fine poudre noire : du graphite ultra-pur, composé de grains tellement petits (une dizaine de microns) qu’il se comporte presque comme de l’eau, indique le PDG de l'entreprise Joseph Bertin. Un matériau critique pour les batteries des véhicules électriques, et sur lequel la Chine possède un quasi-monopole aujourd’hui.
Matériau critique «sous-estimé»
Cette poudre de graphite, parfois nommée «matériau actif d’anode» (ou BAM en anglais), «est le toner dont ont besoin les imprimantes que sont les gigafactories. Le graphite est déposé sur des feuillards en cuivre pour former les anodes des batteries des véhicules électriques», vulgarise Joseph Bertin, un brin provocateur. Vétéran de la métallurgie, il a découvert cette application en 2018 à son arrivée à la tête de l’entreprise, alors baptisée Carbone Savoie (et renommée lors de son rachat par le japonais Tokai Carbon en 2020) dans le cadre d’un projet de retournement qui l'a conduit à chercher des marchés de diversification. Sans trop en parler, l’entreprise y a investi une quarantaine de millions d’euros, dont une partie obtenue dans le cadre du PIEEC batteries lancé par Bruxelles. Depuis 2022, elle dispose d'un démonstrateur à l'échelle industrielle, qui peut produire 2000 tonnes de BAM. De quoi alimenter 30 000 voitures équipées de batteries de bonne taille.
Le graphite «a longtemps été sous-estimé par les décideurs européens, car il ne représente qu’autour de 10% des coûts d’une cellule de batterie», soupire Laure Latour, chargée de l’activité commerciale batteries chez Tokai Cobex Savoie. Pourtant les exigences de pureté et d’homogénéité de la matière nécessaire pour faire des batteries sont «sans équivalent», et «la Chine contrôle à 98%, si je suis polie et que je ne dis pas 100%, la production de graphite pour batteries», assène celle qui décrit son travail comme consistant à «acculturer» les décideurs à cet enjeu méconnu.
Le risque existentiel pour l’industrie européenne est apparu au grand jour en octobre 2023, quand Pékin a annoncé un futur contrôle de ses exportations de graphite. «Ce jour-là, le téléphone n’a pas arrêté de sonner», se remémore Laure Latour, avec le sourire agacé des Cassandre qui ont raison avant les autres.
Vers 50 000 tonnes de graphite pour batterie en France
A Venissieux, interdiction de photographier ou même de décrire en détails, la ligne de silos et de broyeurs qui sert de démonstrateur industriel à Tokai. Depuis deux ans, l’installation ultra-instrumentée permet à l’industriel d’affiner ses méthodes de «micronisation» : la dernière étape de la production de BAM, qui permet de broyer finement des blocs de graphite préalablement préparés, pour en faire la poudre dont ont besoin les usines de batteries. Grâce à cet outil, Tokai a aussi pu faire tester son produit à de potentiels clients. «Il est bien accueilli, nous en sommes à l'étape de signature des contrats», promet Joseph Bertin.
C’est d’ailleurs pour cela que Tokai Cobex accepte d’ouvrir ses portes, après deux années de discrétion. «Nous ne sommes pas une start-up : nous n’avions pas besoin de chercher des fonds et chaque communication revient à donner des informations supplémentaires à nos concurrents. Maintenant que notre produit est au point, nous prévoyons de grands investissements et recherchons des partenaires», assume le dirigeant sans langue de bois.
La pépite savoyarde voit grand. Elle prévoit un premier investissement d’ampleur de 500 millions d’euros pour produire 50000 tonnes de graphite pour batterie en France d'ici à 2027 ou 2028. L’équivalent de près d’un million de voitures électriques moyennes, et de 200 postes supplémentaires entre les sites. Une belle marche par rapport aux 400 emplois et aux 30000 tonnes de graphite que cumulent les deux usines françaises de Tokai aujourd’hui.
Contester le monopole chinois dans le graphite artificiel
«Nous souhaitons ensuite construire deux nouvelles usines, aux États-Unis et en Europe – nous avons identifié plusieurs pays dont la France – dimensionnées chacune pour 100000 tonnes par an», dévoile Joseph Bertin. Le coût atteindrait 1,5 milliard de dollars par site. Alors que l'industrie automobile doute, le dirigeant est confiant : «le véhicule électrique est là pour durer», tranche-t-il, soulignant que le marché doit être multiplié par 7 entre 2020 et 2035 et que la demande devrait porter «surtout sur du graphite artificiel, un segment sur lequel il n’y a pas d’acteur non chinois» [voir encadré].
De fait, en Europe, les chinois Shanshan et Putalai ont des plans d’ampleur en Finlande et en Suède, tandis que leur compatriote BTR s’installe au Maroc. Seul Tokai fait exception, ainsi que la start-up norvégienne Vianode, qui développe une technologie de rupture (la graphitation continue) et ouvre mi-octobre un démonstrateur industriel capable d’approvisionner 20 000 voitures. «Les entreprises comme Tokai Carbon ou Vianode ont des technologies bien meilleures environnementalement que celles qui existent en Chine», commente Tony Alderson, analyste au sein du cabinet britannique Benchmark Mineral Intelligence (BMI).
Jusqu’à 20 fois moins de CO2
Il faut gagner l'usine de La Lèchère et ses bâtiments aux couleurs des anneaux olympiques – un souvenir des Jeux d’Hiver de 1992 qui se sont tenus à Albertville, le chef-lieu de la Savoie, à une quarantaine de minutes de route en sortant la vallée de la Tarantaise – pour comprendre cet avantage. C'est là que Tokai Cobex met en forme des blocs de coke de pétrole (un sous produit issu des distilleries) de deux tonnes, et les transforme en graphite après une première étape de cuisson à 1000°C à Vénissieux.
La graphitation de blocs entiers de carbone est une technologie ancienne, mais qui n'existe pas encore pour faire du graphite de qualité batterie, raconte Joseph Bertin, tout en invitant à prendre garde au sol rendu glissant par la poussière de graphite des halles où chauffent les blocs de carbone. Là, Tokai porte le matériau de carbone à 3000°C sur un cycle d'une semaine, en faisant passer un intense courant électrique au sein des blocs de carbone calciné (mis les uns à la suite des autres et recouverts de poudre de carbone pour les isoler de l'extérieur) dont les atomes se réarrangent petit à petit pour former le cristal que l'on appelle graphite. Ce n’est qu’après que les blocs pourront être réduits en poudre pour gagner les batteries, et seulement s’ils ont été initialement modelés pour cela (avec des méthodes qu'il tait jalousement).
Ce procédé de graphitation dans la masse (qui utilise des fours Kastner, ou LWG pour les spécialistes), diffère de ce qui existe en Chine. «Leur procédé est archaïque, très inefficient énergétiquement», dénonce Joseph Bertin, en décrivant comment le graphite artificiel est formé à partir de poudre de carbone déposée dans des creusets en graphite et chauffé par l’extérieur, toujours à 3000°C mais sur un cycle d’un mois (une voie dite Acheson). Densité, économie de matériaux et de déchets, chauffe ciblée sur le graphite… Entre les gains de procédés et l’électricité bas carbone française, «nous produisons du graphite 95% moins émetteur de CO2», avance le PDG de Tokai Cobex, qui chiffre qu’un kilo de BAM produit dans ses usines émet entre 4 et 2 kg de CO2. «Ce sont des chiffres désormais certifiés dans les bases de données de calcul de bilan carbone», insiste Joseph Bertin.
Selon Tokai, le graphite produit dans de mauvaises conditions peut représenter jusqu’à 45% de l’empreinte d’une batterie. Choisir un graphite moins émetteur permet donc de diminuer significativement l’impact pour le climat de la construction d’un véhicule électrique, dont la batterie représente la moitié. «Dans tous les cas, les calculs montrent que l’électrique est plus vertueux que le thermique. C’est un débat clos. Le graphite est un élément très important dans l'empreinte des batteries, avec le nickel, et la quantité de CO2 émise par le graphite produit en Chine a été largement sous-estimée», commente Alexandre Huon de Kermadec, manager au sein du cabinet Carbone 4 qui a travaillé sur le sujet de l’empreinte des batteries (y compris avec Tokai). Alors que le sujet monte à Bruxelles, Joseph Bertin entend faire valoir cet argument dans de futures négociations : «nous estimons qu’être bas carbone apporte à notre matériau une valeur supplémentaire de 30%. C’est un avantage compétitif».
Graphite, naturel ou synthétique ?
Il y a deux grandes manières d’obtenir du graphite. Soit prendre du coke de pétrole et le chauffer à très haute température pour en ordonner les atomes de carbone. C’est la voie artificielle. Soit laisser faire la nature, puis aller miner du graphite produit dans les entrailles de la terre pour le purifier et le mettre aux standards requis par les batteries. C’est le graphite naturel. Une voie généralement moins chère et moins génératrice d’effet de serre que l’alternative de synthèse, sur laquelle misent de nombreux acteurs occidentaux, tels le suédois Talga en Europe. «Avec nos performances, même l’argument du CO2 ne tient pas», tranche Laure Latour qui souligne qu’aujourd’hui, le marché semble choisir l’option artificielle. Sur les deux millions de tonnes de graphite pour batteries produites en 2024, «à peu près les trois quarts sont issus de graphite de synthèse», chiffre Tony Alderson, analyste de Benchmark Mineral Intelligence qui juge que «le synthétique à plus de cycle de vie, mais le naturel peut offrir plus de capacité chaque option à ses avantages et sera choisie selon les besoins du constructeur». Pour Laure Latour, qui cite les chiffres du cabinet coréen SNE Research - selon lequel près de 90% du marché des anodes sera composé de graphite artificiel en 2032 - le match est plié. Le graphite artificiel, dont les couches de carbone sont plus ordonnées «supportent bien mieux les hautes vitesses de charge que recherchent aujourd’hui les constructeurs automobiles, qui veulent proposer des recharges en 15 minutes ou moins», vante la commerciale qui pronostique que le graphite artificiel s’imposera dans les voitures électriques haut-de-gamme. Un créneau face auquel il devra faire avec une nouvelle étoile montante : le silicium.
