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Enjeux des ressources en métaux pour la mobilité électrique

Limiter les productions de gaz à effets de serre nécessite de développer des technologies ne faisant pas appel aux énergies fossiles carbonées. Si parmi ces énergies renouvelables, la part de l’éolien (énergie cinétique du vent), et du solaire (énergie de la lumière du soleil) progresse, il est par ailleurs important de remplacer le parc de voitures thermiques par un parc de voitures consommant moins d’énergies fossiles (hybride/électrique, hydrogène). Ces évolutions exigent de disposer de métaux. Dans le cas de la mobilité électrique une grande partie des métaux nécessaires concernent les batteries.

La mobilité électrique s’appuie sur divers métaux et minéraux, souvent appelés « matériaux critiques », pour fabriquer les principaux composants des véhicules électriques (VE), notamment les batteries, les moteurs électriques et l’infrastructure de recharge. Ces ressources primaires sont essentielles au développement et à l’expansion de l’industrie de la mobilité électrique.

Les batteries lithium-ion sont rechargeables, ce qui permet aux VE d’être chargés et déchargés des centaines de fois au cours de leur durée de vie. Les batteries lithium-ion ont une densité d’énergie très élevée qui permet d’avoir une autonomie intéressante pour les véhicules électriques même si les recherches actuelles cherchent à augmenter encore la densité d’énergie des batteries pour répondre à un besoin exprimé par les futurs utilisateurs de véhicules électriques.

Les batteries suivant les modèles de voiture électriques peuvent peser de 300 kg jusqu’à 800 kg pour les plus puissantes (Tesla modèle Y). Ce poids correspond aux oxydes de métaux (lithium, nickel, cuivre…), au contenant (boitier métallique) et aux systèmes de régulation, et est de l’ordre de 25 % du poids de la voiture. Dans le cas des batteries Li-NMC, il faut de l’ordre de 3 à 5 kg de lithium, parfois dix fois plus dans certains modèles Tesla. D’autres types de batteries sont aussi utilisées par certains constructeurs (batteries lithium-fer-phosphate, acronyme LFP). Moins coûteuses et moins performantes, elles équipent les voitures d’entrée de gamme. Au niveau du moteur, les aimants permanents de certains moteurs contiennent plusieurs kilogrammes de terres rares. Seuls certains modèles souvent haut de gamme sont concernés (certains modèles de Tesla et de BMW par exemple).

D’un point de vue général, voici une liste des ressources primaires et leur rôle pour les batteries Li-ion de voitures électriques :

• batteries Li-NMC(A) : lithium, nickel, cobalt, manganèse, aluminium ;

• batteries Li-FP : lithium, fer, phosphore ;

• batteries au titane : oxyde de titane lithié de type Li₄Ti₅O₁₂ ;

• auxquels il faut rajouter l’aluminium des enveloppes externes et du collecteur de courant de l’électrode positive, le graphite, le lithium, le fluor, et le phosphore de l’électrolyte, et le cuivre du collecteur et de la connectique.

Si l’on considère les 7 éléments, certains sont produits en quantités bien plus faibles (Li, Co) que ceux faisant partie des métaux de base (Ni, Mn, Fe) qui sont produits en millions de tonnes.