La transition énergétique transforme les métaux critiques en acteurs majeurs de l’industrie, notamment le lithium, le cobalt et le nickel. Un ensemble d’initiatives innovantes, comme RECIPLAC en Catalogne et le centre ReCell aux États-Unis, redéfinissent le recyclage de ces ressources essentielles, répondant à des enjeux environnementaux et économiques urgents.

Des laboratoire à l’industrie : l’avenir du recyclage des métaux critiques

La transition énergétique a placé les métaux critiques au cœur des enjeux industriels. Des éléments tels que le lithium, le cobalt, le nickel, le palladium, le cuivre et le néodyme ne sont plus des raretés, mais plutôt le moteur silencieux des batteries, de l’électronique et des énergies renouvelables. Le recyclage des batteries prend de l’ampleur pour clore ce cycle.

Pourquoi le recyclage des métaux critiques est urgent

La montée en puissance des véhicules électriques et des appareils électroniques a provoqué une demande mondiale croissante pour des matériaux comme le lithium, le cobalt et le nickel. Ces matériaux ont des chaînes d’approvisionnement complexes, souvent concentrées dans quelques pays, avec des impacts environnementaux et sociaux significatifs. Actuellement, moins de 5% des batteries au lithium-ion sont recyclées, par rapport à près de 99% pour celles au plomb-acide. Cette différence est cruciale pour toute économie avancée, rendant les avancées en matière de recyclage de ces batteries particulièrement importantes.

L’Europe génère environ deux millions de tonnes annuelles de déchets d’appareils électriques et électroniques (DEEE), ce qui représente environ 16,2 kg par personne. Dans ce flux se trouvent du cuivre, des terres rares et des métaux du groupe des platines, qui peuvent et doivent être récupérés. La Commission Européenne a établi en 2020 un Plan d’Action sur les Matériaux Premiers Critiques visé pour 2030-2050, afin de soutenir les technologies et secteurs stratégiques sans dépendre excessivement des importations.

La pression sur le secteur n’est pas seulement environnementale, mais aussi géopolitique et commerciale. Pour des industries comme l’automobile, l’électronique ou l’éolien, assurer l’approvisionnement est synonyme de sécurisation de l’avenir. Cela entraîne un intérêt croissant pour le design pour le recyclage, c’est-à-dire la réflexion sur la recyclabilité dès l’origine du produit. L’économie circulaire et le recyclage inclusif sont essentiels pour ce changement.

Innovations de pointe : du laboratoire à l’usine pilote

Le centre national ReCell situé au Laboratoire National d’Argonne aux États-Unis soutient un écosystème collaboratif pour faire progresser l’économie circulaire des matériaux critiques dans les batteries. Avec un financement initial de 15 millions de dollars sur trois ans, il réunit l’Université WPI, UC San Diego, NREL, Oak Ridge National Laboratory et Michigan Technological University, en plus de fabricants, de recycleurs et de marques de l’auto.

WPI propose une technologie clé mise au point par le professeur Yan Wang, permettant de récupérer directement le matériel du cathode des batteries au lithium-ion sans dépendre de leur composition spécifique. Ce concept est en cours de validation à l’échelle pilote à Worcester, dans une usine d’Battery Resourcers.

Le centre ReCell a également financé une étude à hauteur de 150 000 dollars pour comprendre comment les impuretés présentes dans les batteries usagées altèrent la structure et le rendement des cathodes recyclées, un sujet critique car l’industrie se dirige vers des cathodes à forte teneur en nickel, plus sensibles aux contaminants.

Dans un autre domaine, l’Université Rice a développé des processus de chauffage Joule instantané (FJH) combinés avec de la chloruration pour extraire des métaux de grande valeur des déchets électroniques. L’équipe dirigée par James Tour a prouvé qu’il était possible de séparer précisément le gallium, l’indium et le tantale sans utiliser d’eau, d’acides ou de solvants, réduisant ainsi les déchets et les émissions par rapport à l’hydrométallurgie traditionnelle.

RECIPLAC : minage urbain pour palladium, cuivre et néodyme

En Catalogne, l’entreprise d’insertion Andròmines coordonne le projet RECIPLAC, avec le soutien technique du centre technologique Eurecat et de l’Université Polytechnique de Catalogne. L’objectif est de concevoir un processus avancé de recyclage d’ordinateurs capable de récupérer des métaux critiques, notamment le palladium, le cuivre et les matrices d’aimants de néodyme provenant de disques durs.

Le projet combine trois stratégies intégrées, respectant les principes de l’économie circulaire et du minage urbain. Les plaques de circuit imprimé sont d’abord triées afin de sélectionner les composants riches en palladium, suivies d’un processus hydrométallurgique pour leur récupération.

Les mêmes plaques subissent aussi des processus biohydrométallurgiques de nouvelle génération pour extraire le cuivre métallique, utilisant des voies microbiennes et chimiques douces qui nécessitent moins d’énergie et génèrent moins de déchets que les méthodes thermiques traditionnelles.

Le consortium étudie également d’autres matériaux issus du démantèlement d’ordinateurs, visant à optimiser la réutilisation avec des critères de durabilité. Selon le chercheur Toni Dorado, ce projet représente un pas important dans la transfert d’une technologie innovante catalane vers le tissu entrepreneurial local, surtout dans le domaine du recyclage des déchets électroniques.

Espagne et Europe : RC-Metals et la voie pyrométallurgique intelligente

Le CSIC dirige le projet RC-Metals, qui vise à récupérer des métaux contenus dans les déchets électroniques et à produire des alliages de haute valeur via des technologies avancées. Sa grande force est une usine pilote unique en Europe fondée sur ISASMELT, capable de traiter des mélanges complexes et d’extraire efficacement des fractions métalliques.

L’installation pilote, désignée ISASMELT F600, a pour but d’accroître les connaissances scientifiques et les capacités technologiques en Europe pour réduire les déchets et la dépendance aux matières premières critiques importées. Cela s’inscrit dans le cadre du Plan d’Action européen, qui met en avant l’importance des terres rares comme le disprosium, le néodyme ou le praséodyme.

Le chercheur Félix Antonio López du CSIC souligne les tensions d’approvisionnement potentielles dues à la consommation actuelle. Le cuivre est essentiel dans le processus de décarbonisation, avec des applications essentielles jusqu’aux infrastructures.

Cette initiative bénéficie de financements du Ministère pour la Transition Écologique, du CSIC et de Atlantic Copper, ainsi que d’accords avec des entreprises comme Albufera Energy Storage.

Biooutils et voies alternatives de recyclage

Également dans le domaine de la bio-ingénierie, un groupe de l’Université d’Édimbourg utilise des bactéries pour extraire le lithium, le cobalt, le manganèse et d’autres métaux de batteries épuisées. Comme l’explique la professeure Louise Horsfall, tirer parti de la résistance naturelle des microorganismes pour « pêcher » des ions métalliques permet une séparation précise des éléments.

Un autre projet mené par l’Université de Durham a démontré qu’il est possible de transformer le cobalt en vitamine B12 comme preuve de concept de bio-ingénierie.

Impact environnemental, coûts et traçabilité

Recyclage des métaux critiques réduit la nécessité de mines primaires, avec des bénéfices directs : moins de déforestation, moins de décharges et moins d’émissions de gaz à effet de serre liées à l’extraction. Les processus comme le FJH, qui n’utilisent ni acides ni eau, favorisent encore plus le recyclage.

La traçabilité et la pureté restent également des enjeux majeurs. Des taux de pureté de >95% et des rendements de >85%, comme le montrent les essais en indium, gallium et tantale, permettent leur réutilisation dans des applications de grande valeur, sans compromettre leurs performances.

Le défi des coûts opérationnels demeure, surtout dans un contexte de fluctuation des prix des métaux vierges. Les incitations, la standardisation des produits et des contrats à long terme apportent une visibilité pour ceux qui investissent dans des usines et des technologies.

Communication, connaissance ouverte et multilinguisme

La communication est également essentielle. Des reportages récents ont mis en lumière le potentiel de la bio-ingénierie dans le recyclage, ainsi que l’écart dans les taux de recyclage des métaux, souvent catastrophiques. Des sources variées offrent des versions en catalan et en espagnol pour faciliter le transfert de connaissances.

Ce qui vient : un déploiement réfléchi

La convergence des technologies, des usines pilotes et des politiques favorisant la circularité devient apparente. Le secteur accélère vers des solutions qui allient technologie, impact social et viabilité économique. Le recyclage des métaux critiques se profile comme un véritable moteur industriel de la transition énergétique.

Mon avis :

La montée en puissance des technologies de recyclage des métaux critiques, telles que RECIPLAC et ReCell, souligne l’urgence de récupérer des matériaux essentiels pour la transition énergétique. Malgré des avancées prometteuses, moins de 5 % des batteries au lithium sont recyclées, et des défis de coût et d’efficacité demeurent.

Les questions fréquentes :

Pourquoi le recyclage des métaux critiques est-il urgent ?

Le recyclage des métaux critiques est essentiel en raison de la demande croissante pour des matériaux comme le lithium, le cobalt et le nickel, alimentée par l’essor des véhicules électriques et des appareils électroniques. Actuellement, moins de 5 % des batteries lithium-ion sont recyclées, alors que les batteries au plomb-acide atteignent presque 99 %. Cette différence met en lumière l’importance stratégique de développer des technologies de recyclage efficaces et durables.

Quelles sont les nouvelles technologies de recyclage en cours de développement ?

Diverses innovations, comme l’hydrométallurgie, la bio-hydrométallurgie et le chauffage Joule ultrarapide, sont en cours de développement. Par exemple, le projet RECIPLAC en Catalogne vise à récupérer le palladium et le cuivre à partir de déchets électroniques. Aux États-Unis, le centre ReCell cherche à accélérer l’économie circulaire des matériaux critiques en intégrant des processus de récupération et de redesign des batteries.

Quelle est l’importance de la bioingénierie dans le recyclage ?

La bioingénierie joue un rôle croissant dans le recyclage des métaux. Des chercheurs utilisent des bactéries pour extraire des métaux précieux issus des batteries usées et des déchets électroniques. Cette méthode permet une séparation précise des éléments métalliques, réduisant les besoins en produits chimiques et minimisant les déchets générés par les processus traditionnels.

Comment le projet RECIPLAC contribue-t-il à l’économie circulaire ?

Le projet RECIPLAC, dirigé par l’entreprise Andròmines, se concentre sur le recyclage des ordinateurs pour récupérer des métaux critiques comme le palladium, le cuivre et le néodyme. Ce projet intègre des méthodes de tri et de récupération avancées, tout en favorisant l’économie circulaire et en créant des emplois locaux. Il vise à unir innovation technologique et engagement communautaire pour un impact positif à la fois économique et environnemental.