Les batteries à la technologie lithium-ion sont devenues omniprésentes dans nos appareils électroniques et se trouvent par centaines de kilos dans les véhicules électriques. Elles ont même permis en 2019 à leurs inventeurs d’obtenir le prix Nobel. Mais elles présentent de sérieux inconvénients.
D’abord financiers, puisque les cours du lithium connaissent des variations considérables, de véritables montagnes russes, du fait à la fois des perspectives de consommation bien supérieures à la production actuelle, d’une forte spéculation et de la difficulté économique et politique pour ouvrir de nouvelles mines. Il faut 15 kilos de lithium dans une batterie lithium-ion de 400 kilos qui équipe un véhicule électrique moyen. Et pour obtenir cette quantité, il faut traiter 10 tonnes de saumure de lithium…
Ensuite, le lithium est devenu aujourd’hui un enjeu majeur de souveraineté. La production et plus encore le raffinage de ce métal dit critique sont aujourd’hui totalement contrôlés par la Chine. Elle produit plus de 98% du phosphate de fer-lithium mondial. « Le pays domine la quasi-totalité de la chaîne de valeur des batteries lithium-ion – de l’extraction des matières premières à la production des batteries – et contrôle les capacités de production nationales et internationales », affirme une étude récente de l’institut allemand de recherche Fraunhofer.
Une filière lithium contrôlée par l’industrie chinoise
La Chine a aujourd’hui le contrôle d’un élément essentiel de la chaîne d’approvisionnement permettant la production des véhicules électriques et même de la plupart des équipements électroniques. Et compte tenu de la guerre commerciale à outrance engagée par les Etats-Unis contre la Chine et des droits de douane punitifs mis en place par Washington et en rétorsion par Pékin, l’approvisionnement en lithium est menacé. La Chine a déjà, pour répliquer à l’administration Trump, instauré un embargo de fait sur certaines terres rares. Elle pourrait aussi le faire sur le lithium et est soupçonnée d’utiliser d’ores et déjà le prix du lithium fourni comme arme commerciale pour favoriser ses producteurs nationaux de cellules de batteries.
En dernier sérieux problème, la production de lithium a un impact environnemental considérable. Elle nécessite notamment l’utilisation de produits chimiques et de métaux lourds qui s’infiltrent dans le sol et les nappes phréatiques. Et elle consomme beaucoup d’eau. Il faut presque deux millions de litres d’eau pour extraire une tonne de lithium.
Technologies alternatives, les atouts du magnésium
Voilà pourquoi un peu partout dans le monde des chercheurs travaillent d’arrache-pied pour trouver des technologies alternatives aux batteries lithium-ion. Les pistes potentielles sont nombreuses mais en dépit d’annonces fracassantes et répétées depuis des années n’ont débouché sur rien de concret. Les piles à combustible à hydrogène, les batteries fer-air ou les batteries à protons sont des alternatives plus ou moins avancées qui ne semblent pas répondre aux contraintes économiques et technologiques d’une production de masse compétitive. La solution passe en revanche peut-être par la batterie au magnésium qui pourrait être produite en grande quantité à des coûts réduits.
A priori, le magnésium ne semble pas avoir des atouts considérables. C’est un métal difficile à travailler. Il est très réactif à l’oxygène, ce qui pose des problèmes majeurs pour sa manipulation et la régulation des pics de puissance dans les technologies des batteries. En outre, les expériences réalisées pendant plusieurs années ont donné des tensions bien inférieures à celles du lithium. Mais des chercheurs de l’université canadienne de Waterloo ont apparemment trouvé la solution en concevant un électrolyte qui permet d’obtenir un rendement élevé dans une anode en magnésium.
Le magnésium est abondant et bon marché
« L’électrolyte que nous avons mis au point nous permet de déposer des feuilles de magnésium avec une efficacité extrêmement élevée et il est stable à une tension plus élevée que celle testée avec succès auparavant », explique Chang Li l’un des chercheurs de Waterloo qui a permis cette avancée.
Ils ne sont pas les seuls. Des scientifiques de l’Institut coréen des sciences et technologies viennent aussi de faire une percée dans la technologie des batteries magnésium-air en améliorant considérablement sa densité énergétique, sa sécurité, son efficacité et sa longévité.
Ces deux avancées pourraient changer la donne dans le monde des batteries et de l’automobile électrique. Car le magnésium est abondant dans le sous-sol et bien moins coûteux à extraire et raffiner que le lithium. Il offre aussi des avantages en termes de souveraineté puisque sa production et sa transformation ne sont pas contrôlées par l’industrie chinoise. Certains estiment que le potentiel des batteries au magnésium est tel qu’elles pourraient même remplacer les piles à combustible fonctionnant à l’hydrogène.
