Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), le marché des batteries a plus que quintuplé en quatre ans, passant de 180 GWh en 2020 à 1 100 GWh en 2024. Le marché des véhicules électriques, qui sont les principaux utilisateurs de batteries, croît chaque année, et on estime qu’une voiture sur quatre vendue en 2025 était un véhicule électrique.
Mais où vont ces piles lorsqu’elles expirent ? Selon les estimations de la Commission internationale sur les transports propres (ICCT), 1,2 million de batteries de véhicules électriques expireront en 2030 et 14 millions en 2040. L’industrie des batteries n’a donc d’autre choix que de s’intéresser au « recyclage » des batteries.
Le cinquième thème de « Le monde vu à travers les brevets » concerne les batteries, en particulier le domaine de la circulation des batteries (collecte, démontage et valorisation des matériaux).
En avril dernier, l’Office européen des brevets (OEB) et l’Agence internationale de l’énergie (AIE) ont publié conjointement un rapport intitulé « Circularité des batteries – Tendances de l’innovation pour une future source de matériaux critiques ». Il s'agit d'une analyse de la famille internationale des brevets (IPF) dans le domaine du cycle de batterie de 2000 à 2023.
Dans cet article, sur la base du rapport ci-dessus, nous avons organisé le paysage des brevets sur le recyclage des batteries en trois catégories : vitesse, technologie et sujet.
⚡ Des brevets préparent à l'ère des piles usagées
Premièrement, la vitesse à laquelle les brevets augmentent est inhabituelle. Selon le rapport, la famille internationale de brevets dans le domaine de la circulation des batteries a augmenté en moyenne de 8 % par an entre 2005 et 2017, mais depuis 2017, elle a grimpé à une moyenne de 42 % par an. Au cours de la même période, la technologie de fabrication de batteries représentait 16 %, il s’agit donc d’une courbe particulièrement abrupte, même au sein des batteries.
Que s'est-il passé en 2017 ? Tout d’abord, les ventes annuelles de véhicules électriques ont dépassé le million d’unités pour la première fois cette année-là. De plus, entre 2013 et 2018, l’Europe et la Chine ont introduit des lois rendant les constructeurs responsables du sort des batteries des véhicules électriques à la fin de leur durée de vie. Le rapport estime que ces deux facteurs se chevauchent, créant une incitation à sécuriser les méthodes de recyclage par le biais de brevets.
Cependant, « l’ère des piles usagées » visée par ces brevets n’est pas encore arrivée. Comme nous l’avons vu précédemment, le nombre de batteries de véhicules électriques arrivant en fin de vie passera de 1,2 million en 2030 à 14 millions en 2040, et le rapport estime que la vague commencera véritablement après 2035. Les brevets ont devancé la vague de plus de huit ans. Il s’agit d’une situation typique dans laquelle les brevets s’accumulent avant l’arrivée du marché.
🧪 Processus de recyclage et technologie métallurgique
Alors, quelles technologies sont brevetées ? Le rapport divise le processus de recyclage en quatre étapes : collecte, tri/séparation, conditionnement et conversion.
La plus grande concentration de brevets se trouve dans la phase finale de transition. Parmi eux, les brevets liés à l'hydrométallurgie, qui dissout la masse noire dans l'acide puis sélectionne les métaux sous forme de sel, ont été multipliés par 15, passant de 40 en 2000-2004 à 661 en 2020-2023, pour atteindre un total cumulé de 1 023, le plus grand parmi les technologies uniques.
Le nombre de cas de pyrométallurgie, qui créent des alliages en les fondant à haute température, a également augmenté de 17 à 208 cas, mais à un rythme légèrement plus lent. La métallurgie sèche aurait l'inconvénient de pouvoir supporter le mélange des matières premières, mais consommant beaucoup d'énergie, et le lithium tombant dans les scories et devant être valorisé séparément.
Les technologies les plus brevetées après l'hydrométallurgie sont la stabilisation et le rejet lors de l'étape de collecte, le broyage lors de l'étape de sélection et de séparation, la pyrométallurgie et le procédé de mélange (humide après traitement thermique). La stabilisation et le déchargement sont restés en tête pendant 20 ans, et le broyage a été multiplié par 14, passant de 16 à 251, ce qui en fait l'une des technologies à la croissance la plus rapide ces derniers temps. Selon le rapport, ces cinq principales technologies représentent 83 % de la famille internationale des brevets.
🌏 Sujet — Du Japon et de la Corée à la Chine
Jusqu’en 2019, les leaders en matière de brevets dans ce domaine étaient des entreprises japonaises et coréennes. Toyota et Sumitomo Metal Mines étaient les principales entreprises japonaises. En Corée, LG, SK Group, POSCO, etc. ont obtenu de nombreux brevets. En particulier, LG se classe non seulement au deuxième rang dans la famille des brevets internationaux cumulatifs, mais est également l'une des rares entreprises à avoir déposé une demande pour l'ensemble du processus de recyclage, de la collecte à la conversion chimique.
Cependant, le classement a récemment changé. Brunp, la filiale de recyclage du chinois CATL, le plus grand fabricant mondial de batteries, s'est hissée à la première place en déposant plus de deux fois plus de demandes de familles de brevets internationaux que Toyota, qui s'est classée deuxième, de 2020 à 2023.
La partie à surveiller est la matière première pour Brunp. Selon le rapport, presque toutes les matières premières des batteries actuellement recyclées ne sont pas des déchets de batteries, mais des chutes et des produits défectueux issus du processus de fabrication, appelés déchets de production. Presque aucune batterie n’a encore atteint la fin de sa durée de vie. Ce n’est donc pas l’entreprise de recyclage qui détient la plus grande part de matières premières recyclées, mais la plus grande usine de batteries, et Brunp a augmenté ses installations de recyclage en recevant les déchets de l’usine CATL comme matière première. Selon le rapport, les installations de recyclage construites jusqu'à présent par Brunp ont une capacité de traitement d'environ 5 % du total mondial, soit le double de celle de la deuxième plus grande entreprise.
🇪🇺 Europe - La politique industrielle déguisée en régulation
L'Europe est restée autour de 20 % tout au long de la période analysée. Ils sont particulièrement forts en matière de collecte et de prétraitement, avec 34 % des technologies de manipulation à distance et 30 % des technologies d'isolation et de fixation provenant de candidats européens. L'entreprise chimique BASF et l'entreprise de recyclage Umicore sont à égalité à la 6e place, et le Centre français de l'énergie atomique (CEA) est à la 8e place. Dans le domaine de la conversion, le taux de croissance de l'Asie a été plus rapide et sa part de marché a diminué, mais le nombre de demandes en Europe elle-même a augmenté.
Ce qui manque à l’Europe, ce n’est pas la technologie, mais les matières premières. Tout d’abord, les minéraux qui constituent le point de départ du recyclage se trouvent hors d’Europe. Pour l'extraction du lithium, l'Australie représente plus d'un tiers de la production mondiale, tandis que pour le raffinage, la Chine traite environ 70 % du lithium et environ 80 % du cobalt, selon le rapport. La plupart des usines de batteries étant situées en Chine, les déchets de production, qui représentent désormais la quasi-totalité des matériaux recyclés, proviennent également de là-bas. Les déchets de batteries des véhicules électriques vendus en Europe n’ont pas encore été réellement libérés, et une quantité importante de la masse noire produite est exportée et éliminée à l’étranger.
L’Europe a donc choisi de conserver ses matières premières avec les réglementations suivantes.
Les réglementations ci-dessus sont basées sur la base juridique de la gestion des déchets dangereux, mais en réalité, elles constituent une mesure visant à augmenter la quantité de matières premières recyclées à traiter au sein de l'UE en réponse au problème de la masse noire européenne traitée en dehors de l'UE. L’objectif est de sécuriser les matières premières pour l’industrie régionale du recyclage dans l’ère à venir des déchets de batteries.
🧭 Conclusion
La Chine contrôle l’approvisionnement de 19 des 20 minéraux importants raffinés dans le secteur énergétique, et le recyclage est une technologie dont chaque pays vise à réduire sa dépendance. Si tel est le cas, il serait naturel que les brevets de recyclage soient dispersés dans plusieurs pays, mais selon le rapport, c'est le contraire qui est vrai. La part de la Chine dans la famille internationale des brevets est passée de 5 % en 2013 à 29 % en 2023, et devrait détenir 75 % de la capacité mondiale de valorisation des matériaux en 2030.
Après 2035, lorsque les batteries usagées commenceront sérieusement à apparaître, la prochaine question à surveiller sur ce marché sera de savoir si les brevets et les installations accumulés aujourd'hui resteront dans le classement, ou si les pays où les véhicules électriques ont été vendus prendront le contrôle du réseau de collecte et changeront la donne.
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