|
La législation française a récemment transposé une directive
européenne de 1991 concernant la collecte et l'élimination ou la
valorisation des piles et accumulateurs contenant des métaux lourds(1). Elle est déjà applicable pour tous les
modèles d'accumulateurs à la date de publication du décret, soit le 16 mai
1999. Depuis janvier 2001, elle se rapporte aussi à tous les types de
piles, avec ou sans matières toxiques, comme cela se pratique déjà aux
Pays-Bas depuis 1995, en Belgique depuis 1996, en Allemagne et en Suède
depuis 1998. En France, ces exigences s'appliquent donc dès maintenant
aux accumulateurs au lithium, d'autant plus que ceux-ci renferment des
produits toxiques tels que des sels à base de fluor. Par contre, pour les
piles au lithium, la loi a pris effet le 1er janvier 2001. En attendant
leur traitement, le stockage des piles usagées constitue une situation de
risque non négligeable, car le lithium métallique résiduel possède une
forte réactivité vis-à-vis de l'air et de l'humidité à température
ambiante. Des organismes professionnels incitatifs ont alors été créés
pour soutenir les sociétés industrielles engagées à répondre aux exigences
de la loi (figure 1).

Après
collecte, les piles et les accumulateurs usagés sont triés puis leurs
boîtiers sont ouverts. Leur traitement peut suivre deux voies :
leur destruction par pyrolyse ou la récupération de matériaux
valorisables entrant dans leur composition. Alain
Buu/GAMMA

Les voies possibles de
traitement
En France, les exigences de la loi sont mises en œuvre dans deux
directions : la destruction des batteries hors d'usage ou la valorisation de
certains matériaux qui les composent après des opérations préliminaires de
tri et d'ouverture des boîtiers (figure 2).
La destruction
La destruction des batteries au lithium est réalisée en France par
la filiale Citron SA de la société suisse Citron AG et par la filiale
Valdi de la société française Tredi SA. Elles sont toutes deux
spécialisées dans la récupération de métaux, tels que le zinc, le cadmium
et le plomb, à partir de piles et d'accumulateurs. Le procédé est basé sur
un traitement thermique des piles sous atmosphère réductrice (appelé
pyrolyse). Les batteries au lithium sont introduites dans la charge de
ces pyrolyseurs, constituée principalement par des piles zinc-carbone et
aluminium-manganèse. Le risque de réaction violente engendré par ces
batteries est évité en triant au préalable les gros éléments de batteries
au lithium et en limitant la proportion de batteries au lithium dans le
flux total.
La valorisation
La valorisation se met également en place dans divers pays. La
pratique est différente pour les batteries lithium-métal et pour la
génération plus récente des batteries lithium-ion (encadré F,
Accumulateurs, piles et batteries : des performances en
constante amélioration).
 |
(1) Métaux dont la densité est supérieure à 4,5 : parmi eux,
le zinc (7,14), le cadmium (8,6), le plomb
(11,35)... |
|
|
Les batteries
lithium-métal sont traitées seulement dans deux installations :
l'une au Canada et l'autre aux États-Unis, toutes deux près de la côte
ouest du Pacifique et appartenant respectivement aux sociétés américaines
Toxco Inc. et BDC Inc. Elles sont pourvues d'équipements sous argon
liquide ou en casemate fortement ventilée pour limiter les risques d'une
réaction très violente du lithium aussi bien avec l'air qu'avec l'eau. En
Europe, ces modèles de batteries ne sont pas traités. Leur transport est
sévèrement réglementé. Leur stock actuel se rapporte à des batteries non
rechargeables issues d'usages militaires ou industriels. Les batteries
lithium-ion contiennent beaucoup moins de lithium que les
systèmes précédents. Les entreprises Snam, en France, et AEA Technology
Batteries, au Royaume-Uni, ont présenté des communications sur les
procédés développés en vue de récupérer certains matériaux : le
cobalt, notamment, majoritairement employé à ce jour comme constituant de
l'électrode positive sous forme d'oxyde
LiCoO2. En particulier, AEA Technology Batteries propose de
séparer le cobalt du lithium en réalisant une dissolution sélective de ce
dernier par réduction de la poudre de LiCoO2 (procédé breveté).
Ce procédé permet également de récupérer les fluorures de lithium et les
solvants organiques qui composent l'électrolyte avec le haut degré de pureté
nécessaire pour une réutilisation dans la fabrication de nouvelles
batteries au lithium. Ces batteries lithium-ion sont
commercialisées essentiellement dans le grand public (du fait d'une
meilleure sûreté d'utilisation que les précédentes, notamment) sous une
grande variété de modèles et de constituants ; de plus, celles avec un
électrolyte liquide tendent à être supplantées par une nouvelle génération
avec un électrolyte polymère (ce qui permet d'améliorer encore la sûreté
d'utilisation).
Développer de nouveaux
procédés
Le traitement ou le recyclage des batteries au lithium a certes
bien démarré en France. Cependant, il n'existe pas aujourd'hui de procédé
capable de détruire en toute sécurité les batteries lithium-métal
en Europe (les gros modèles et, en grande quantité, les petits modèles).
La résorption des stocks actuels ne pourra se faire que lorsque les
principales étapes en vue de la stabilisation de leur réactivité auront
été surmontées : l'ouverture des boîtiers, notamment. Par ailleurs,
l'extension importante de l'utilisation des batteries lithium-ion
pose la question de l'adaptation des technologies actuelles de
pyrolyse. Concernant la récupération de nouveaux matériaux valorisables
à partir des batteries lithium-ion, la vision des techniques
séparatives à mettre en œuvre est rendue complexe par la grande variété de
modèles (et de compositions) des batteries commercialisées et par les
évolutions importantes à prévoir encore en matière de conception. Or,
cette grande variété conduit à une difficulté supplémentaire à surmonter.
Deux alternatives le permettraient : soit une technique séparative qui
serait appropriée au mélange de toutes les substances issues d'une
collecte non différenciée, soit un tri préalable spécifique à une
technique séparative adaptée à une composition homogène de matériaux.
Seule une collaboration avec les fabricants de batteries et les
industriels engagés dans les technologies de tri permettra le
développement de cette dernière voie. Face à ce constat, le CEA propose
d'associer ses compétences et son expérience acquise dans le traitement
des déchets pour participer au développement de ces objectifs. Dans une
première étape, le traitement des batteries au lithium est ainsi examiné
sous l'aspect destruction, en sécurité, par voie thermique de tous les
modèles du type lithium-ion à usage grand public. Enfin, au
travers de deux projets européens Brite-Euram et Growth, le CEA intervient
directement sur la conception et la mise en place de certaines étapes des
procédés : broyage et inertage du lithium, valorisation des matériaux
actifs de l'électrode positive. Par exemple, le CEA s'est engagé auprès de
la société grenobloise Recupyl à développer un procédé innovant permettant
de récupérer les oxydes de manganèse des batteries au lithium usagées pour
les utiliser à nouveau comme matériau actif d'électrode
positive.
Serge Richard, Brigitte Lorrain, Roger
Boën Direction de l'énergie
nucléaire CEA/Valrhô-Marcoule
et Hélène
Rouault Direction de la recherche
technologique CEA/Grenoble
|
|