Introduction et problématique
Notre société est depuis longtemps dépendante des énergies fossiles afin d’assurer le transport de biens et de personnes. Notre préférence pour les moyens de transports motorisés individuels a causé une multitude de problèmes environnementaux, sociaux et économiques. Cependant, l’intérêt des consommateurs pour les véhicules électriques ou hybrides augmente rapidement depuis quelques années grâce à une prise de conscience collective face aux conséquences de notre dépendance aux énergies fossiles. Les consommateurs sont durement touchés par l’augmentation des prix du carburant découlant d’une menace possible d’épuisement des réserves de pétrole. Pour certains consommateurs, cette raison était suffisante pour justifier la transition à un véhicule électrique. D’autres citoyens sont motivés par la menace des changements climatiques et de la pollution atmosphérique par le dioxyde de souffre et les oxydes nitreux [1] . Face à cette prise de conscience, plusieurs gouvernements ont entrepris démarches pour favoriser un virage vers la technologie à faible émission de carbone. Les politiques adoptées varient d’un pays à l’autre mais les plus communes sont les subventions pour l’achat de véhicules électriques/ hybrides ou les subventions destinés à la recherche et développement. [2]. Le transport est l’une des causes majeures des changements climatiques selon la communauté scientifique. La plus part des gens ne veulent pas modifier leurs habitudes malgré leur désir de protéger l’environnement. L’électrification des transports est souvent vue comme la meilleure solution pour mitiger les changements climatiques tout en conservant notre mode de vie. Les hybrides rechargeables joueront un rôle majeur lors de la transition entre moteurs à combustion interne vers l’électrification totale [3]. De plus en plus de constructeurs automobiles vendent des modèles de voitures électriques ou hybrides qui stockent l’énergie dans des batteries. Les véhicules électriques et leurs batteries entraineront une réduction de la consommation de pétrole, une ressource épuisable, et les émissions de dioxyde de carbone. Le niveau de réduction dépendra du mode de production d’électricité [4].

Les batteries joueront un rôle essentiel dans l’électrification des transports. Il y avait 1.2 milliards de véhicules sur la planète en 2014. Pour atteindre les objectifs de réduction de l’effet de serre, une large proportion de ces véhicules devra être remplacée par des véhicules électriques dans un avenir rapproché. Cela implique une augmentation drastique de la production de batteries. Un important fabricant de batteries destinées aux voitures électriques a déclaré qu’il a doublé sa production pour combler la demande des constructeurs [2]. Les voitures électriques ne sont pas la seule solution mais plusieurs la considèrent comme la solution idéale. Avant de complètement basculer l’industrie du transport, il serait important de connaitre tous impactes des véhicules électriques sur l’environnement car des voitures sont des biens à long termes et le mode énergétique choisi nécessitera des investissements majeurs en infrastructures. Nous devrons employer cette technologie pour plusieurs décennies. Il est important d’étudier l’impact de différents types de batteries tout au long de leur cycle de vie respectif. Les batteries sont composées de ressources non renouvelables et leur production demande beaucoup d’énergie [4]. Il serait déplorable de répéter les mêmes erreurs qu’avec le pétrole. Il faut à tout prix éviter d’épuiser les ressources naturelles et avoir le plus faible impact négatif sur l’environnement.

Il existe actuellement plusieurs types de batterie dont la composition diffère considérablement. Chaque type de batterie se démarque des autres selon son énergie spécifique, son efficacité énergétique, le nombre de cycles, ou l’énergie requise pour la produire. Les batteries au plomb-acide, les batteries au nickel cadmium, les batteries nickel métal hydrure, les batteries Lithium ion et les batteries au sulfure de sodium sont les plus connues [2] [1]. Les batteries de type plomb-acide ne sont plus utilisées dans la fabrication de véhicules électriques. On retrouve les autres types dans les voitures actuellement sur la route mais les batteries lithium-ion sera privilégiée pour les années à venir [1]. Un constructeur se base principalement sur des critères économiques et de performance pour choisir un type de batterie. Il est cependant impératif, que nous nous penchions sur les impacts réels de chacun des matériaux sur la santé et l’environnement. Il serait tragique de répéter les erreurs commises avec les moteurs à combustion interne. Il serait également important de comparer l’empreinte écologique totale des véhicules électriques avec celle d’un véhicule à faible consommation d’essence.
Méthodologie
Afin de comparer l’impact global d’un produit ou d’un projet on procède souvent à l’analyse de son cycle de vie. Dans le cas des batteries, la méthode la plus appropriée mesurera les impacts du berceau à la livraison en excluant la phase d’utilisation par le consommateur (cradle to gate). Nous nous intéressons ici aux impacts de la production des batteries. La phase d’utilisation est trop variable selon l’intensité d’usage et la filière énergétique utilisée pour charger les batteries. La norme ISO14044 établie les normes et procédures à respecter lors d’une analyse de cycle de vie mais n’est absolument pas un guide étape par étape. Zakarisson et al. ont également utilisé des notions de l’International Environmental Product Declaration [3].
Une analyse de cycle de vie est divisée en quatres étapes. Dans la première étape, la définition du but est établie. On définit les limites, l’unité de mesure et le but de l’analyse. La deuxième étape est la phase d’inventaire pour laquelle les données sont obtenues dans la littérature scientifique, dans des bases de données et par experimentation. Cette étape est divisée en trois sous étapes. La première sous étape est la classification, on classe le data selon leurs impacts (e.g effet de serre, épuisement des ressources, santé). Ensuite on caractérise le data en quantifiant les contributions relatives de chaque émission et matériaux en les convertissant en unité unique tel que le masse de CO2 équivalente. Ensuite, on procède à la normalisation et l’évaluation des résultats. Cette étape est controversée car elle est de nature plus subjective. Elle est donc parfois ignorée et on ne fait que normaliser. [2] Il est plutôt controverser et subjectif car il est difficile de comparer plusieurs impacts et de déterminer avec certitude et consensus absolu quel impact est plus ou moins acceptable qu’un autre [3]. La quatrième et dernière étape consiste à Interpréter les résultats et suggérer des voies d’amélioration [2]. Dans le cas des batteries il est aussi intéressant de procéder au calcul de la demande énergétique totale nécessaire à la production de chaque matériau et à l’assemblage des composants séparément avant de les additionner [2]. Les résultats obtenus étant normalisés, on obtient par exemple un impacte de 100kg de CO2 par 1000 kg de batteries produite. On doit ensuite prendre en considération la performance de chaque batterie et sa densité énergétique. Si la production d’un type de batterie émet moins de polluants par 1000kg produits mais que sa durée de vie est plus courte, il serait possible que ce type ne sois pas le meilleur.
Le calcul de la demande énergétique totale pour un type de batterie se fait avec les formules suivante :

Ou Emp indique l’énergie totale requise pour la production des matériaux de l’Extraction de la matière à la fin de sa transformation. PEj représente l’énergie d eproduction pour chaque composante , Mj represente une quanit de matériaux pour chaque composante j et Cj est le l’efficacité de la production. Le Cj est en moyenne 95%, Cj est donc une constante. [4]
La formule suivante donne l’énergie totale requise pour la production des compsoantes de l’extraction à l’assemblage( Ectg). Emnf peut être calculé de facon similaire à Emp pour donner L’énergie d’Assemblage des composantes. Résultats Figure 1 : Donne la valeur de Ectg pour des manériaux neufs en bleu et recyclés en rouge à un écart type. Figure2 : Donne la valeur de de Emp en bleu et E mnf en rouge. Figure 3 : donne les émissions polluantes en g pour chaque kg de batterie produite.

Discussion et conclusion
Il semble y avoir un consensus dans les articles lu pour ce travail. Le choix de passer d’une industrie ou les NiCd sont dominats vers une industrie ou les batteries à lithium ions est vu d’un œil favorable. Leur impact sur l’environnement est le moindre. Si un solvant à base d’eau au lieu de NMP est employé, l’empreinte écologique est encore moindre. Malgré nos bonnes intentions d’électrifier les transports, la production des batteries est énergivore et polluantes. L’élimination et le recyclage est complexe et les gains environnementaux sont relativement faibles. Il est primordial de revoir nos valeurs et nos modes de vie afin d’Avoir un impact concret. Il est primordial de poursuivre la recherche et le développement et de ne pas commettre les mêmes erreurs qu’avec les énergies fossiles

Bibliography

[1] M. Gauch, D. A. Notter, R. Widmer, P. Wager, A. Stamp, H. Zah and H.-J. Althaus, "Contribution of Li-Ion Batteries to the Environmental Impact of Electric Vehicules," Environmental science and Technology, no. 44, pp. 6550-6556, 2010.
[2] M. McManus, "Environmental consequences of the use of batteries in low carbon systems:The impact of battery production," Applied Energy, no. 93, pp. 288-295, 2012.
[3] M. Zackrisson, L. Avellan and J. Orlenius, "Life cycle assessment of lithium-ion batteries for plug-in hybrid electric vehicles-critical issues," Journal of Cleaner Production, no. 18, pp. 1519-1529, 2010.
[4] J.L.Sullivan and L. Gains, "Status of Life cycle inventories for batteries," Energy Conversion and Management, no. 58, pp. 134-148, 2012.
[5] G. Majeau-Bettez, R. T. Hawkins and H. A. Stromman, "Life cycle environmental assessment of Lithium-ion and Nickel Metal Hydride Batteries for Plug-In hybrid and Battery Electric Vehicules," Environmental Science and Technology, pp. 4548-4554, 2011.