E-volution - La vie d'une batterie

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Plongeons dans l’univers de la mobilité électrique avec SWIO Luxembourg. Ensemble, nous allons découvrir ce qui passionne les utilisateur·rice·s convaincu·e·s et parler des passionnants développements dans ce domaine afin de mieux comprendre la manière dont ces visions d’avenir deviennent peu à peu réalité.

Le moteur électrique est le mode de propulsion qui présente le meilleur rendement. C'est la conclusion du think tank « Agora Verkehrswende für klimaneutrale Mobilität », basé à Berlin. Selon leur analyse, 80% de l'énergie fournie par un moteur à essence est perdue jusqu'à la roue du véhicule, alors que la perte n'est que de 31% pour une voiture électrique. Et la source d'énergie qui alimente le moteur électrique évolue rapidement. « Il faut donc rester dans le coup. La formation continue fait partie du travail quotidien. On doit y prendre plaisir », explique Sven Krump, spécialisé dans la réparation des batteries des véhicules électriques du groupe VW chez Losch Import.

Lors de la visite de l'atelier de service après-vente, on a d'abord l'impression de se trouver dans un garage automobile ordinaire. Jusqu'à ce que l'un des collaborateurs arrive avec une table élévatrice à ciseaux roulante. « Nous lui avons trouvé une nouvelle tâche », souligne Sven Krump, un sourire aux lèvres. Car en fait, on utilise de telles « lift tables » pour démonter les moteurs des voitures traditionnelles. Mais elles conviennent aussi parfaitement au transport des lourdes batteries des voitures électriques, qui peuvent peser jusqu'à 750 kg. Aujourd'hui, la batterie d'une ID.3 est démontée car l'une des cellules de la batterie doit être remplacée. « Le démontage est relativement facile à maîtriser. Les premières batteries étaient encore compliquées du point de vue de la structure, comme par exemple pour la e-Golf. Mais cela a changé. De l'intérieur, la batterie de l'ID.3 ressemble à une tablette de chocolat. Du point de vue du savoir-faire en matière de vissage, c'est gérable », explique Krump. L'effort réel est en partie lié à l'achat d'outils spéciaux. « On a besoin d'équipement adapté. Rien que pour la réparation des batteries, nous avons acheté des outils dont le prix se situe dans les six chiffres. »

Sven Krump

Et ces outils, il faut aussi savoir et être autorisé à les utiliser. Sven Krump a suivi une formation de mécatronicien automobile. En 2005, il est devenu technicien de service chez VW, avec un brevet de maîtrise à la clé, et a remporté dans cette fonction le RQWC (Retail Qualification World Championship) dix ans plus tard. Ce championnat du monde professionnel porte sur les connaissances et les compétences théoriques et pratiques. En 2015, il a atterri chez Losch en tant que responsable produit et depuis 2020, il est responsable de l'atelier de service après-vente.

« La technique haute tension présente bien sûr un potentiel de risque », fait remarquer Sven Krump. « Il faut faire attention à la sécurité. Lorsque l'on travaille sur l'installation électrique d'un véhicule à haute tension, il faut d'abord mettre l'installation hors tension. La fiche d'entretien est débranchée et scellée avec un cadenas. Les collaborateurs qui font cela ont suivi une formation spéciale. Ce sont des techniciens haute tension. Ensuite, il y a un niveau supplémentaire. Seuls ceux que l'on appelle les experts en haute tension peuvent travailler sur l'intérieur de la batterie proprement dite. Comme celle-ci est toujours sous tension, il faut faire attention à ce que l'on fait. » C'est pourquoi deux personnes travaillent toujours en même temps sur une batterie et portent en outre des vêtements de protection spéciaux.

« Rien que pour la réparation des batteries, nous avons acheté des outils dont le prix se situe dans les six chiffres. »

Sven Krump

Pour l'instant, ce seul atelier suffit à couvrir les besoins de Losch. Il n'y a que deux à trois réparations de batteries par mois, des cas isolés. Dans la plupart des cas, la tôle du boîtier de la batterie a été endommagée et le couvercle doit être remplacé. L'ordinateur de bord de la voiture électrique surveille la batterie et les problèmes sont immédiatement signalés au conducteur sur l'écran. « Lorsque le statut avertissement est affiché, il s'agit d'une erreur électrique, par exemple lorsque l'ordinateur ne peut plus se connecter à la batterie. Le statut danger indique que la batterie a réagi thermiquement ou que de la fumée s'est dégagée. Nous n'avons pas encore rencontré un tel cas », explique Krump. Pour des raisons de sécurité, après un accident ou lorsque l'état de la batterie est inconnu, la voiture électrique est amenée sur une place de quarantaine où elle reste seule et où il n'y a rien d'inflammable autour. En effet, en cas de réaction thermique, les pompiers doivent avoir un accès direct. S’il n'y a pas eu de réaction au bout de deux jours, on peut y travailler.

D'ailleurs, une batterie a plusieurs vies. Une fois qu'elle a rempli sa fonction dans une voiture électrique de Losch, elle arrive chez SNAM en France. L'entreprise, dont le siège est à Viviez, dans l’Aveyron, est spécialisée dans le recyclage depuis sa création en 1977. Alors qu'auparavant, elle se consacrait plutôt à l'affinage des métaux, elle recycle aujourd'hui surtout des batteries et produit des matières premières dites secondaires. Rien qu'entre 2010 et 2021, 17,7 millions de véhicules équipés de batteries lithium-ion ont été mis sur le marché dans le monde, dont 5,7 millions en Europe. Cela correspond à 2 millions de tonnes de batteries qui doivent être recyclées. Frédéric Salin, directeur commercial et marketing de SNAM, explique : « 75% des batteries que nous recyclons proviennent de nos partenaires logistiques en Europe. Nous avons également des partenariats avec des réseaux de collecte agréés pour le transport de déchets dangereux. L'objectif est de réintroduire des matières premières dans le cycle de production des aciéries, des fonderies ou encore des fabricants de batteries. On parle alors d'un closed loop, que nous parvenons à réduire au minimum – de batterie à batterie – dans le cas du cadmium par exemple ».

Chaque fabricant – également appelé OEM (Original Equipment Manufacturer) – a l'obligation réglementaire de garantir le recyclage de ses batteries. Mais Frédéric Salin explique qu'il n'est actuellement pas possible de recycler toutes les batteries mises sur le marché en Europe. Il n'y a que très peu d'acteurs dans ce domaine sur le continent. C'est pourquoi l'on a recours à une solution intermédiaire. « Les batteries des voitures électriques, lorsqu'elles arrivent au recyclage, n'ont plus assez de capacité pour alimenter une voiture électrique, mais ont encore une densité électrique suffisante pour effectuer d'autres tâches. C'est là que commence le cycle de la deuxième vie », explique Frédéric Salin. La batterie est d'abord diagnostiquée. Ensuite, elle est ouverte, démontée jusqu'au plus petit élément démontable, et ce de manière non-destructive, et chaque élément est à nouveau diagnostiqué individuellement. Les cellules encore utilisables sont recombinées chez Phenix Batteries, qui fait partie du groupe SNAM, et dotées d'un nouveau système de gestion (Battery Management System), avant d'être mises sur le marché sous forme de nouvelle batterie. « On n'évite pas la fin de vie, mais on gagne du temps dans la mesure où ces cellules de batterie auront une durée de vie de 20–25 ans au lieu de 10–15 ans. »

Il y a une forte concurrence entre les constructeurs automobiles pour offrir aux clients la meilleure batterie. Ce qui, à son tour, complique le recyclage pour SNAM. Idéalement, ce processus devrait en effet être simple et rapide. « Une batterie ne peut jamais être recyclée à 100 % pour des raisons techniques et économiques. Le monde est fait de compromis », admet Frédéric Salin. « En tant que recycleur, nous souhaitons qu'elle soit facilement démontable et que les matériaux utilisés ne soient pas de nature complexe. Un exemple : certains plastiques facilement recyclables sont utilisés dans les batteries, comme le polypropylène. Mais pour des raisons de sécurité afin d’éviter les emballements thermiques, on y ajoute des additifs, notamment des retardateurs de flamme. Ces éléments sont très problématiques et ne permettent plus une valorisation de ces matières. En termes de recyclage et d'économie circulaire, ce n'est pas optimal. » Un règlement européen devrait rendre obligatoire la réutilisation des matières premières issues du recyclage dans la fabrication de nouvelles batteries à partir de 2030.

© SNAM
© SNAM
© SNAM

Le Dr Félix Urbain, scientifique luxembourgeois spécialisé dans les matériaux, suit de près les développements dans ce domaine et fait l'éloge de la préservation des ressources lors du retraitement industriel des batteries, qui génère également moins de polluants. Étant donné sa profession, il a toujours le regard tourné vers l'avenir. Il voit dans l'électromobilité une pierre angulaire nécessaire pour construire une société climatiquement neutre. « En moyenne, on a déjà un bilan climatique positif après 60.000 kilomètres avec une voiture électrique », calcule Urbain. « Même l'investissement initial un peu plus élevé est vite compensé par l'entretien beaucoup moins important. Et avec une voiture électrique, on est toujours sûr d'être à la pointe de la technologie. » Selon lui, de nombreux développements ne sont pas tout à fait transparents, car les différents constructeurs ne veulent pas s'exposer. Mais pour Félix Urbain, la recherche montre que le potentiel d'optimisation des batteries est encore loin d'être épuisé.

« Le chemin entre le laboratoire et la production en série est généralement long et il y a de nombreux obstacles. »

Dr Félix Urbain

Depuis la première utilisation commerciale de la technique de stockage lithium-ion il y a plus de 30 ans, la densité énergétique de ces accumulateurs a été multipliée par quatre. De grands progrès ont également été réalisés ces dernières années dans la gestion de la température lors du chargement et du déchargement ainsi que dans la durée de vie. « La prochaine étape est le développement de batteries à l'état solide, dans lesquelles les particules chargées électriquement peuvent se déplacer beaucoup plus rapidement que les ions dans l'électrolyte liquide des batteries traditionnelles. En supprimant l'électrolyte liquide, les batteries seront notamment plus légères, plus sûres et moins complexes. » Le Dr Urbain estime que le développement de batteries à l'état solide en céramique est le plus prometteur. « Le problème, c'est que le chemin entre le laboratoire et la production en série est généralement long et qu'il y a de nombreux obstacles. Un test en laboratoire ne garantit pas un produit final qui fonctionne bien. Un important bottleneck est par exemple lorsque des composants réagissent entre eux dans le prototype et que cela n'a pas été prévu à petite échelle. Le travail est alors à recommencer. »

Dr Félix Urbain

Le scientifique spécialisé dans les matériaux estime qu'un développement continu est nécessaire, en particulier en ce qui concerne les matières premières utilisées actuellement. « Le lithium est certes disponible en grande quantité. 90% du lithium extrait n'est même pas utilisé pour les batteries. Mais des matières premières comme le nickel et le cobalt, par exemple, deviennent de plus en plus rares et chères, tout comme les terres rares. » Le cuivre est également utilisé en quantités de plus en plus importantes, car il n'est pas seulement utilisé dans les batteries, mais aussi dans les moteurs électriques, les panneaux solaires et les éoliennes. Lorsque le Dr Félix Urbain parle des alternatives et des solutions possibles, on se rend compte qu'il existe une ressource qui n'est pas limitée – à savoir l'inventivité de l'homme.

Sur le chemin de l'ère de l'électromobilité, le responsable de l'atelier de service après-vente Losch, Sven Krump, a encore un conseil à donner. « Une batterie haute tension vieillit naturellement, surtout si elle est constamment chargée à 100%. Mais pour une utilisation quotidienne, ce n'est pas du tout nécessaire. C'est pourquoi dans le menu d’utilisation de nos voitures, où l'on peut configurer la charge de la batterie, le niveau de charge maximal est réglé par défaut à 80% dès le départ. » Ce n'est que si l'on effectue un long trajet, comme par exemple un voyage de vacances, qu'il est conseillé de définir une minuterie avec un objectif de charge de 100% pour l'heure exacte du départ. Dans ce cas, le temps de stationnement avec une batterie entièrement chargée est très faible.

Pourquoi utiliser une wallbox chez soi ?

  • Une station de recharge murale peut réguler le flux de courant, ce qui protège l'installation électrique de la maison. SWIO est une solution de gestion de la charge à 360° pour les véhicules électriques et hybrides rechargeables. Avec sa capacité de charge de 11 kW, la SWIO wallbox permet une recharge cinq fois plus rapide que sur une prise domestique et convient à tous les véhicules électriques grâce à sa prise de charge universelle. Grâce à l'application SWIO et à la carte RFID, un accès sécurisé à la wallbox est garanti. Le smartphone permet de configurer et de contrôler les processus de charge, et même de les adapter à la consommation d'énergie de toute la maison. Plus d'infos sur www.swio.lu.

  • Un rendez-vous est fixé avec le partenaire d'installation SWIO pour le contrôle de la maison. Les conditions techniques sont vérifiées et la demande pour l'exploitant du réseau est remplie et envoyée ensemble. Au Luxembourg, toutes les installations de recharge de voitures électriques d'une puissance supérieure à 7 kW pour les raccordements triphasés (4,6 kW pour les raccordements monophasés) doivent faire l'objet d'une demande auprès du gestionnaire de réseau et être ensuite approuvées.

    Une fois la demande approuvée, le partenaire d'installation SWIO prend un deuxième rendez-vous pour installer et mettre en service la SWIO wallbox. Lors d'un autre rendez-vous, le gestionnaire de réseau vérifie que la wallbox a été raccordée conformément aux directives techniques en vigueur.

    Chaque installation de recharge pour voiture électrique est reliée par câble au compteur électrique SMARTY. Si le réseau est surchargé, le gestionnaire de réseau peut mettre la wallbox en mode de délestage réduit. Cela signifie que la wallbox charge à puissance réduite pendant le temps nécessaire. Ensuite, elle revient automatiquement en mode de charge normal, c'est-à-dire qu'elle charge à nouveau à la puissance maximale. Avec la wallbox SWIO, on peut donc toujours charger, contrairement à d'autres installations de recharge qui ne peuvent pas adapter leur puissance de charge.

  • L'État subventionne les points de recharge intelligents comme la SWIO wallbox à hauteur de 50 % des coûts d'acquisition (hors TVA) et jusqu'à un montant maximal de 1.200 euros.