Les voitures électriques bientôt alimentées au sel? Il y a 150 ans déjà, dans Vingt Mille Lieues sous les mers, Jules Verne vantait les mérites des piles au sodium, «les plus énergiques», selon l’écrivain de science-fiction. Ces derniers mois, l’actualité semble lui donner raison: les entreprises chinoises Hina Battery et Anhui Jianghuai Automobile Group Corp (JAC), dévoilaient le 23 février, le premier modèle de voiture électrique alimentée par une batterie au sodium.
Les performances de la citadine restent modestes: la batterie d’une capacité de 25 kilowattheures (kWh), pourrait parcourir 250 kilomètres sans recharge, selon le journal South China Morning Post. Mais son utilisation à la place d’une batterie au lithium permettrait de diminuer de 10% le coût d’un véhicule électrique, promet JAC. Autre acteur du marché, le géant chinois CATL a annoncé le lancement d’une batterie au sodium courant 2023. La française Tiamat, fondée en 2017 à partir de travaux de recherche du CNRS et du CEA, s’apprête également à commercialiser prochainement ses batteries.
La raison de l’engouement actuel pour le sodium? L’explosion de la demande de lithium, qui a quasiment triplée en quinze ans, entraînant une hausse des prix à environ 70 euros le kilo, contre 18 à 20 euros auparavant. «Toute notre électrification repose sur le trio lithium, nickel et cobalt et notre consommation nécessite un volume de production annuel de 4,5 TWh (terrawhatheure)», souligne l’ingénieur Hervé Beuffe, PDG de Tiamat. Or, au rythme de production actuel, seule la moitié des besoins de matériaux requis par le lithium-ion seront pourvus d’ici à 2030, estime McKinsey, en raison de capacités d’extraction et de raffinage insuffisantes face à l’essor rapide de la voiture électrique.
Le sodium-ion plus abondant et moins cher que le lithium
Les premières recherches autour de la technologie sodium débutent dans les années 1980, en même temps que celles sur les composés d’électrodes du lithium, rappelle le professeur Jean-Marie Tarascon, dont l'équipe à l'université de Picardie Jules-Verne (UPJV) est à l’origine des batteries Tiamat. «Comme il apporte des avantages en terme de densité d’énergie et d’autonomie, les efforts se sont concentrés sur le lithium, la question du développement durable n’étant par ailleurs pas centrale à ce moment-là», détaille le chercheur, qui rappelle que l’extraction du lithium, qui se fait aujourd’hui essentiellement en Australie et en Amérique Latine, nécessite de grandes quantités d’eau et d’énergie.
A partir des années 2010, alors que des pénuries de lithium se profilent, l’intérêt se porte à nouveau sur le sodium-ion, qui présente l’avantage d’être beaucoup plus abondant et donc moins cher que le lithium. Mais aussi de préserver la souveraineté européenne, l’essentiel du raffinage du lithium se faisant en Chine.
C’est ainsi que de «fantasme» il y a encore quelques années, le sodium est progressivement devenu une réalité, raconte Jean-Marie Tarascon. «Nous avons lancé des recherches en 2012 sur un système électrochimique qui utilise comme électrode positive un composé de formule Na3V2(PO4)2F3 (NVPF), détaille-t-il. En partenariat avec le CEA, nous avions monté un prototype de batterie cylindrique portable de 1,8 centimètres de diamètre sur 6,5 centimètres de hauteur.» Les résultats sont alors «très prometteurs», assure-t-il. De fait, en 2015, les chercheurs du CEA et du CNRS sont les premiers à produire une batterie sodium-ion.
Mais, faute de soutien, ils se retrouvent aujourd’hui devancés par les Chinois et les Américains. La pépite française, qui aimerait construire d’ici à la fin de l’année une usine près d’Amiens (Somme) pour produire 500 000 batteries par jour, cherche encore à réunir les 100 millions d’euros nécessaires pour faire aboutir son projet. Elle continue pour l’instant à contracter l’assemblage de ses batteries en Chine. «Aucune entreprise en Europe n’a aujourd’hui les capacités de production de masse de batteries sodium-ion. Or, si nous voulons conserver notre souveraineté nous ne pouvons pas rester dans un modèle de sous-traitance», pointe Hervé Beuffe, qui constate une «difficulté de l’état à prendre des risques sur cette technologie de rupture». Des problèmes de financement auxquels ne sont pas confrontés les Chinois, ni les Américains, le gouvernement Biden venant de débloquer 400 milliards de dollars pour la transition énergétique dans le cadre de l’IRA(Inflation Reduction Act).
Des véhicules urbains à bas coût
En dépit de ces obstacles, l’entreprise amiénoise continue son bonhomme de chemin. Début février, elle a reçu une commande d’un fabricant d’outillage électroportatif pour sa première génération de batteries sodium-ion, qui présente une autonomie inférieure à celle d’une batterie lithium-ion, mais bénéficie d’une capacité de recharge complète très rapide – 10 minutes pour une charge complète, contre une à plusieurs heures pour une batterie lithium-ion. Des batteries qui visent donc l’outillage électroportatif «là où un temps de charge rapide est très utile», détaille Hervé Beuffe, mais aussi les voitures hybrides et les applications stationnaires de puissance.
La seconde génération de batteries développées par Tiamat, comparables à celle du chinois Hina, et qui devrait être commercialisée dès septembre prochain, ambitionne d’arriver à une autonomie similaire à celle des batteries lithium fer phosphate (LFP), inférieure d’environ 20% à celle des batteries lithium-ion. Des batteries qui pourraient alimenter «d’ici deux à trois ans» les moteurs des véhicules urbains ou à faibles coûts, pour des trajets allant jusqu’à 200 kilomètres. «90% des trajets sont inférieurs à 30 kilomètres», rappelle Hervé Beuffe. Si la nouvelle génération de batteries est encore en cours de développement, Tiamat a déjà signé contrat de codéveloppement avec un industriel français. Et espère toujours réunir l’argent nécessaire pour son usine. «Nous avons la chance d’avoir un spin off du CNRS avec cinq grands chercheurs, une production de cathodes franco-française avec des matériaux facile d’emploi, pose l'ingénieur. La question à se poser est: voulons-nous soutenir cela, ou continuer sur un chemin qui implique une forte dépendance face à l’Asie?»
