9 avril 2021

Le recyclage dans la filière automobile

(10 min)

Les scénarios concernant le futur de la mobilité sont multiples et variés : quelles motorisations, quels usages, quel degré d’autonomie… le champ des possibles est large. S’il est pour le moment difficile de prévoir quelle solution sera dominante, une chose est sure : les véhicules de demain devront prendre en compte les enjeux climatiques et environnementaux, et ce dans toutes les étapes de leur cycle de vie, depuis l’extraction des matières premières, en passant par leur fabrication, leur utilisation et jusqu’à leur « fin de vie ». La notion d’économie circulaire est aujourd’hui primordiale et le recyclage en est un des piliers. Il permet d’éviter le gaspillage de ressources naturelles et d’énergie, de sécuriser l’approvisionnement de l’industrie en matières premières, de diminuer ses impacts environnementaux. En France, la loi anti-gaspillage pour une économie circulaire de février 2020 « entend accélérer le changement de modèle de production et de consommation afin de limiter les déchets et préserver les ressources naturelles, la biodiversité et le climat ». La mise en place de filières pollueurs-payeurs (filières à Responsabilité Elargie des Producteurs) est un des axes de cette loi. L’objectif est que les producteurs, importateurs et distributeurs de produits financent leur fin de vie. Onze nouvelles filières sont créées dont une pour les « voitures, camionnettes, véhicules à moteur à 2 ou 3 roues et les quadricycles à moteur » à compter du 1e janvier 2022 et une pour les pneus à compter du 1e janvier 2023. La gestion des déchets – donc le recyclage – est devenue une question clé pour les constructeurs. Où en est aujourd’hui la filière automobile concernant le recyclage ? Quels sont les axes d’innovation ? Les experts Carnauto dressent l’état des lieux et donnent les tendances actuelles ainsi que les opportunités de développement.

Synthèse – état des lieux

Environ 1,3 million de véhicules hors d’usage (VHU) sont traités chaque année en France dans les 1 700 centres de traitement de VHU et les 60 broyeurs agréés. L’âge moyen des VHU s’établit à environ 19 ans. Le nombre de véhicules neufs mis sur le marché national s’établit à environ 2 millions par an. Les VHU sont des déchets dangereux tant qu’ils n’ont pas subi une dépollution complète. Leur gestion revêt des enjeux environnementaux et économiques importants. La directive européenne 2000/53/CE du 18 septembre 2000 relative aux VHU encadre la gestion de ces véhicules. Elle fixe notamment des objectifs de réutilisation, de recyclage et de valorisation.

En France, pour les voitures et les véhicules utilitaires légers (camionnettes), le taux de collecte n’atteint pas les 100% car tous les véhicules hors d’usage ne sont pas remis à un professionnel agréé. Si les véhicules sont collectés par la filière agréée, ils sont, en moyenne, en masse :

  • Recyclés à 86,9%
  • Valorisés énergétiquement à 7,9%
  • Eliminés à 5,2%

Selon le rapport annuel de la filière des VHU de 2020 – données 2018 de l’ADEME, la composition moyenne d’un VHU est la suivante :

Tableau issu du rapport annuel de l’Observatoire des véhicules hors d’usage – Données 2018, ADEME

Selon ce même rapport, la répartition par type de traitement de chaque matière est la suivante :

Graphique issu du rapport annuel de l’Observatoire des véhicules hors d’usage – Données 2018, ADEME

Les évolutions de l’automobile et les conséquences sur la filière de recyclage

Les chiffres cités précédemment sont valables pour des véhicules en grande majorité thermiques. Mais comme vu dans nos précédents dossiers de veille, l’automobile évolue et en particulier elle s’électrifie. La composition moyenne d’un VHU va donc se modifier et de nouvelles problématiques de recyclage vont apparaître, avec notamment la question des batteries.

La problématique des batteries

 

Etat des lieux

 

La question prépondérante actuellement est la mise en place d’une filière de recyclage des batteries. La demande de batteries va augmenter rapidement dans les prochaines années, d’où l’importance stratégique croissante de ce marché à l’échelle mondiale. Afin que ce déploiement massif attendu des batteries ne contrecarre pas les efforts en matière de transition verte, la Commission européenne a présenté en décembre 2020 un projet de loi visant à réguler la production et le recyclage des batteries tous secteurs confondus. Le texte devrait être adopté dès janvier 2022, une fois revu et approuvé par le Parlement Européen et le Conseil de l’Union Européenne. La Commission européenne propose dans ce texte des objectifs minimum de recyclage de 65% du poids des batteries d’ici à 2025 et de 70% d’ici à 2030.

La demande de batteries va augmenter rapidement dans les prochaines années, d’où l’importance stratégique croissante de ce marché à l’échelle mondiale.

L’enjeu de recyclage des batteries de voiture électrique se porte aujourd’hui en priorité sur les batteries lithium-ion (Li-ion), qui équipent la plupart des véhicules électriques. Pour celles-ci, la réglementation européenne actuelle exige un taux de recyclage de 50% minimum. Selon une étude de l’ONG Transport & Environnement dévoilée le 1e mars dernier, sur les 160 kilos de métaux qui composent une batterie de voiture (dont une grande part de graphite, aluminium et nickel), seuls 30 kilos resteraient difficiles à réutiliser avec l’amélioration des technologies de recyclage. « Les voitures électriques sont au cœur d’une économie circulaire dans laquelle les matières premières peuvent être recyclées pour produire d’autres batteries », explique un des auteurs de l’étude, Lucien Mathieu.

La croissance des besoins en recyclage de batteries lithium devrait être rapide et il est estimé que les capacités françaises et européennes seront très insuffisantes dès 2027 : les acteurs européens, dont les recycleurs français, devront multiplier par trois leurs capacités de traitement à cette date.

A ce jour, la rentabilité de l’activité de recyclage de batteries lithium est faible, voire négative : de nouveaux modèles d’affaires doivent se mettre en place sur toute les étapes de la filière.

Selon le rapport du Conseil National de l’Industrie, La France est actuellement bien positionnée et dispose d’atouts pour devenir le leader européen du recyclage des batteries, mais se laisse distancer par ses partenaires européens et par ses concurrents internationaux qui investissent massivement dans des programmes ambitieux, tout à la fois en termes de capacités de traitement et de maximisation de la valeur ajoutée.

Que font les acteurs de la filière ?

 

pengyou92 – Fotolia.

Concernant le recyclage des batteries, voici quelques faits marquant issus de notre veille, parmi les dernières actualités de la filière :

Le constructeur français Renault met en place plusieurs actions dans le domaine. En effet, en octobre dernier, Renault a mis en lumière deux expérimentations qu’il mène sur le stockage de l’énergie et l’utilisation de batteries de seconde vie. La première expérimentation appelée Advanced Battery Storage, se déroule au sein de l’usine Renault de Douai. Une installation conçue à partir de batteries de voitures électriques compilées dans des conteneurs vise une capacité installée de près de 50 MWh sur plusieurs sites en France. La deuxième expérimentation, le projet SmartHubs, est située dans le West Sussex dans le Sud-Est de l’Angleterre. Les batteries de seconde vie des véhicules Renault seront utilisées en même temps que d’autres technologies dans le cadre d’un système énergétique local afin de fournir une énergie plus propre et moins coûteuse pour les logements sociaux, les transports, les infrastructures, les maisons privées et les entreprises locales.

De plus, Renault a rejoint le consortium lancé en septembre dernier par Veolia, leader mondial des services à l’environnement, et le groupe chimique belge Solvay afin d’améliorer la récupération et le recyclage des métaux rares utilisés dans les batteries des véhicules électriques et hybrides.

Renault a en outre transformé son site de Flins en usine « d’économie circulaire de la mobilité », baptisée Re-factory. Une partie de ce projet, « Re-energy », vise à réutiliser les batteries arrivées en fin de vie.

Le fabricant suédois de batteries Northvolt et le spécialiste norvégien de l’aluminium Hydro ont annoncé le 1er juin 2020 la création de la co-entreprise Hydro Volt. Celle-ci traitera les batteries de véhicules électriques en Norvège en vue du recyclage de leurs composants.

Bentley Motors vient de lancer une étude de faisabilité qui entend « révolutionner la durabilité des moteurs électriques ». L’objectif est de mettre au point une méthode d’extraction des terres rares des déchets électroniques afin de les recycler pour concevoir des aimants pour moteurs électriques.

Volkswagen Group Components a mis en service son usine pilote de recyclage de batteries de véhicules électriques en Allemagne, le 29 janvier 2021.

Engie investit dans le stockage en batteries de seconde vie. L’offre E-Stor de Connected Energy s’appuie sur des batteries qui ne sont plus exploitables pour la mobilité électrique. Ces centrales sont utilisées pour aider à stabiliser les réseaux électriques nationaux existants, monter des maillages locaux autonomes, ou fournir sur des chantiers de construction des puissances élevées sur de courtes périodes à la place des habituels générateurs.

Le constructeur de bus Solaris (Pologne) intègre avec Impact Clean Power Technology S.A. et Tauron Polska Energia un consortium en charge d’un programme baptisé « Second Life ESS ». Les partenaires veulent démontrer que les packs de batteries des bus peuvent encore être exploités dans une unité stationnaire de stockage d’énergie.

Après le site de sa filiale Recupyl près de Grenoble (38), TES vient d’inaugurer à Singapour une unité capable de réinjecter dans le circuit de fabrication des batteries jusqu’à 99% des matériaux stratégiques comme le cobalt et le lithium.

Enfin, il est à noter que Tesla a écopé d’une amende de 12 millions d’euros en Allemagne pour n’avoir pas respecté ses « obligations administratives » sur le recyclage des batteries.

 

Qu’en est-il pour la filière des véhicules hydrogène à pile à combustible ?

 

La problématique des piles à combustible réside dans la présence de platine, ressource noble très chère et dont les ressources sont limitées. Dans une pile à combustible destinée à l’automobile, il en faut entre 10 et 20 grammes. Mais à priori, le recyclage du platine pose aujourd’hui moins de problèmes que celui du lithium des batteries. En effet, le platine est l’un des rares métaux pour lesquels il existe une filière de recyclage efficace à l’échelle mondiale, grâce au pot catalytique.

Le platine est l’un des rares métaux pour lesquels il existe une filière de recyclage efficace à l’échelle mondiale, grâce au pot catalytique.

Les innovations actuelles pour cette technologie portent sur la diminution de la quantité de platine utilisé, l’optimisation du recyclage et la recherche d’alternatives au platine. Les performances de divers matériaux sont mises à l’épreuve : graphène, cobalt, tungstène, polymères, nanoparticules et même catalyseurs bio-inspirés à partir d’enzymes.

Autres domaines d’innovation

Les innovations dans le domaine du recyclage pour la filière automobile ne portent pas uniquement sur la problématique de la batterie. Des filières et procédés de recyclage se mettent en place pour d’autres matériaux, notamment les pneus et les éléments en plastique ou composite.

Pneus

 

La gestion des déchets de pneumatiques est encadrée depuis 2003 sur la base du principe de responsabilité élargie des producteurs (REP) et son cadre réglementaire a été renforcé en 2015. On estime à 577 000 tonnes environ de pneumatiques (soit près de 59 millions de pneumatiques, toutes catégories confondues) qui sont mises sur le marché chaque année en France. Les déchets de pneumatiques issus de pneus neufs sont collectés, puis traités principalement sous la forme de valorisation énergétique (en cimenterie), matière (granulats pour des usages divers) et par la réutilisation (pneus d’occasion).

On estime à 577 000 tonnes environ de pneumatiques (soit près de 59 millions de pneumatiques, toutes catégories confondues) qui sont mises sur le marché chaque année en France.

La société clermontoise Michelin a annoncé récemment vouloir produire des pneus “100% durables” d’ici à 2050. Les pneus Michelin seront composés intégralement de matériaux durables (renouvelables, recyclées ou biosourcées). La société a fait plusieurs annonces et s’est engagée dans de nombreux partenariats ces derniers temps pour innover dans le domaine du recyclage des pneus :

La société Norauto propose depuis octobre 2020 des pneus rechapés, dans une vingtaine de centres de la région Paris Sud et sur son site internet. Une démarche qui se veut conforme à ses engagements en matière de développement durable et d’économie circulaire. Pour ce faire, l’enseigne de centres-autos s’est alliée à Black Star, entreprise française reconnue pour son savoir-faire dans le reconditionnement du pneu tourisme, 4×4 et utilitaires.

Dès 2035, « la majorité des émissions particulaires imputables à la circulation routière pourrait provenir de sources hors échappement »

Mais les pneus usagés ne sont pas la seule question à traiter pour la filière. Un rapport de l’OCDE publié en décembre 2020 révèle que l’usure des freins, des pneus et des revêtements routiers risque bientôt de générer plus de particules fines que les gaz d’échappement. Dès 2035, « la majorité des émissions particulaires imputables à la circulation routière pourrait provenir de sources hors échappement », met en garde le rapport. Les particules fines, provenant notamment de l’usure des pneus, sont l’un des principaux polluants de l’atmosphère considérés comme cancérigènes et à l’origine de troubles cardiovasculaires. Une jeune entreprise anglaise appelée The Tyre Collective a inventé un équipement qui permet de capturer une part importante des particules fines provenant de l’usure des pneumatiques.

Autres matériaux

 

James Thew – Adobe Stock

Concernant les plastiques, selon un article des Techniques de l’Ingénieur, l’industrie automobile peine à augmenter la quantité de plastique recyclé. Depuis plus de dix ans, la part de plastique recyclé augmente dans les véhicules pour passer d’une dizaine de pourcent à près de 20% sur certains véhicules récents. Les matières recyclées sont utilisées majoritairement dans des applications non techniques sur des pièces cachées. Mais la part de plastiques recyclés reste relativement faible. Un des verrous est le problème de la constance de la qualité. Il reste donc des efforts à faire dans ce domaine.

L’industrie automobile peine à augmenter la quantité de plastique recyclé.

Les constructeurs prennent de plus en plus en compte la problématique des plastiques. Citons par exemple Audi qui travaille avec Karlsruhe Institute for Technology (KIT) sur une méthode de recyclage des plastiques automobiles.

Ford et HP recyclent des matériaux d’impression 3D pour créer de nouvelles pièces automobiles.

Des actions pour le recyclage d’autres matériaux se multiplient.

Renault a récemment annoncé consacrer son site de Flins, rebaptisé Re-factory, uniquement à l’économie circulaire, non seulement pour le recyclage des batteries comme indiqué précédemment, mais également pour le rétrofit et la gestion optimale des ressources. Renault a également annoncé la mise en œuvre de sa propre filière de recyclage et réutilisation de pièces pour poids lourds, avec Indra Automobile Recycling. Le groupe s’est également associé à Constellium pour une utilisation durable de l’aluminium.

Du côté de Nissan, le nouveau Nissan Rogue 2021 fait œuvre de pionnier comme premier modèle mondial du constructeur à utiliser des pièces d’aluminium provenant d’un système de recyclage en boucle fermée.

Enfin, le projet de recherche Levis, d’une durée de 3 ans, financé par l’Union européenne (UE) à hauteur de 4,9 millions d’euros, vise à développer des composants légers pour véhicules électriques en utilisant des approches d’éco-conception et en boucle fermée. Les partenaires du projet comprennent 13 membres de 7 pays.

Il existe des expérimentations pour intégrer de la biomasse dans certains composants automobiles. On peut citer le programme Biomass for the Future qui a permis d’accélérer la création de la création de nouveaux débouchés et variétés du sorgho et du miscanthus, en lien avec le développement durable et l’économie circulaire. Un des débouchés envisagés est la fabrication de composites polymères pour l’industrie automobile. Des prototypes ont été validés par le groupe PSA et sont prêts à être commercialisés.

Conclusion

Axes de développement

© ipopba – AdobeStock.com

Voici les axes d’amélioration, et donc d’opportunités de développement identifiés par Carnauto grâce à cette veille :

  • Batteries : la filière est en train de se structurer, mais il reste encore des efforts à fournir pour le recyclage. Il faut notamment trouver des modèles d’affaire, des procédés de traitement et de maximisation de la valeur ajoutée. De la recherche est nécessaire également pour trouver des alternatives au Lithium.
  • Piles à combustibles : la filière de recyclage du platine est déjà structurée. Les axes d’innovation sont la diminution de la quantité de platine utilisée, l’optimisation du recyclage ou encore la recherche d’alternatives au platine.
  • Pneus : problème des particules émises, optimiser encore le recyclage, voire le rechapage.
  • Plastiques : pas assez de plastique recyclé. Il faut trouver des solutions pour homogénéiser la production de plastique et arriver à une qualité constante.
  • Evidemment, il existe de nombreux axes de développement pour tout autre composant d’un véhicule.

Apport de Carnauto

Les experts de la filière Carnauto travaillent sur les axes d’innovations nécessaires au développement de différentes filières de recyclage. On peut citer par exemple parmi nos partenaires :
  • Carnot ESP :
  • Carnot Energies du Futur : le CEA Liten est partenaire du projet BATTERY 2030+ dont un des axes est le potentiel de fabrication et de recyclage des nouvelles technologies de batteries.
  • Carnot Ingénierie@Lyon : ce Carnot propose des formations, notamment une formation sur le recyclage et la valorisation des composites, ainsi qu’une formation sur l’économie circulaire pour la plasturgie et les composites. De plus, depuis 2015, l’INSA de Lyon, partenaire de ce Carnot, a mis en place une chaire en partenariat avec Michelin sur les approches multi-échelles et les matériaux innovants au services de performances des pneumatiques.  Ce Carnot développe également un projet pour la mise en œuvre d’un caoutchouc chargé en nanocellulose. Ce projet permettra ainsi de répondre à une demande sociétale forte pour des matériaux à faible empreinte écologique incorporant des matières premières naturelles et biodégradables tout en employant des procédés à faible consommation énergétique, et il s’inscrit ainsi pleinement dans les objectifs de développement durable de l’ONU « Industrialisation durable » et « Consommation et production responsables ».
  • Carnot Ingénierie@Lyon : la plateforme Matériaux et Procédés permet l’élaboration et la caractérisation de toutes les familles de matériaux ainsi que leurs procédés de fabrication pour la mise en œuvre de produits et services innovants.
  • Carnot IFPEN-TE : travaille actuellement sur le monitoring de l’usage des batteries en vue d’améliorer leur seconde vie et leur recyclabilité.

C Chagny pour Carnauto

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Crédits :

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Icône Hydrogen By Stephen Copinger, GB , the noun project

Icône tire by priyanka from the Noun Project