Pour de nombreuses personnes, les voitures électriques ont encore un problème d’image. Immédiatement, des questions se posent sur la présence de métaux « terres rares » dans les moteurs et sur l’utilisation du cobalt dans les batteries.

Nous oublions souvent que les réponses sont là depuis longtemps et que nous travaillons à des solutions à un rythme effréné. Nous vous proposons donc un aperçu et une clarification de ce que sont les terres rares, où elles sont utilisées et comment les constructeurs automobiles du monde entier recherchent des alternatives et des innovations durables.

Les chapitres en un coup d’œil

• Comment les terres rares sont-elles utilisées dans les voitures ?
• Que font les acteurs mondiaux pour un approvisionnement plus durable en matières premières ?
• Quelles nouvelles technologies seront utilisées à l’avenir pour les batteries ?

Que sont les terres rares et comment sont-elles utilisées dans les voitures ?

Les métaux « terres rares » ne sont pas aussi rares que le nom le laisse entendre. Il existe au total 17 « éléments de terres rares », le plus rare (le thulium) étant toujours plus répandu que l’or. Ils ne sont pas non plus nécessaires à la fabrication des batteries de voitures électriques, comme nous l’avons déjà expliqué dans notre article. Cependant, les terres rares sont effectivement utilisées dans la production de véhicules, par exemple le néodyme, mais pas uniquement dans ce domaine.

Le néodyme ne peut plus être ignoré dans notre vie quotidienne. Il est utilisé pour fabriquer des objets tels que des téléviseurs à écran plasma, des disques durs, des écouteurs et, avec environ 0,4 gramme, il se trouve également dans chaque smartphone.

Pour les constructeurs automobiles, indépendamment du type de construction, il s’agit de l’un des éléments les plus importants étant donné qu’il est requis entre autres dans le secteur électronique pour les capteurs de mouvement. Notamment pour les voitures électriques, il est utilisé dans les moteurs pour les aimants permanents.

Pour les moteurs de voitures électriques, les aimants permanents sont très appréciés car ces derniers augmentent l’efficacité des moteurs (appelés machines synchrones à aimants permanents). Leur inconvénient : des pertes par roulement plus importantes et une capacité de surcharge plus faible, ce qui se traduit par des performances moindres. Les moteurs synchrones à excitation séparée, qui ne contiennent pas d’aimants permanents et sont plus puissants, représentent une alternative, mais nécessitent de l’énergie électrique pour générer le champ magnétique.

Le cobalt est souvent cité dans le cadre de l’extraction des « terres rares », mais il ne fait pas partie de ces dernières. Il est extrêmement conducteur et permet à la cathode de la batterie de maintenir une tension élevée, augmentant ainsi la densité énergétique des batteries et la vitesse de charge. Mais le cobalt est également nécessaire dans les moteurs à combustion, tant pour la désulfuration du pétrole brut dans les raffineries que pour le durcissement de l’acier à haute résistance dans la production de moteurs et de boîtes de vitesses.

Néanmoins, il vaut la peine de le mentionner ici, car de nombreux programmes et développements des constructeurs automobiles visent à pouvoir également se passer de l’utilisation du cobalt à l’avenir.

Que font les acteurs mondiaux pour un approvisionnement plus durable en matières premières ?

Les grands consommateurs comme Volkswagen, BMW et Tesla sont conscients du fait que l’origine des matériaux utilisés est un critère d’achat de plus en plus important pour leurs clients.

La tendance s’oriente donc sur les moteurs synchrones à excitation séparée, lesquels se passent d’éléments de terres rares comme le néodyme. La raison en est à la fois l’amélioration du bilan environnemental et le fait que la Chine contrôle une grande partie de l’extraction du néodyme. Renoncer au néodyme signifie pour l’industrie automobile donc également davantage d’indépendance pour l’approvisionnement en ressources.

BMW, avec son modèle iX3, ou Volkswagen avec le 4x4-ID prouvent déjà qu’il est possible de se passer entièrement d’éléments de terres rares. Le producteur japonais Nissan renoncera également à l’utilisation de terres rares avec son nouveau modèle Ariya. Et le producteur français Renault utilise également des moteurs synchrones à excitation séparée pour son best-seller Zoe.

Quelles technologies seront utilisées à l’avenir pour les batteries ?

L’avenir des batteries de voitures électriques ne pourrait pas être plus passionnant, car le développement et l’amélioration des batteries se poursuivent à un rythme soutenu. Si l’on observe les projets de recherche des grands fabricants, les discussions sur l’utilisation de matières premières comme le cobalt seront bientôt de l’histoire ancienne.

Tesla, ainsi que Volkswagen, ont donc déjà annoncé l’an dernier que pour leur segment d’entrée de gamme (par exemple la Tesla Model 3 SR+), ils ne monteraient plus que des batteries lithium-fer-phosphate exemptes de cobalt. Dans les segments supérieurs, il est prévu d’utiliser une combinaison de nickel et de manganèse, ce qui devrait permettre d’atteindre une durée de vie très élevée, jusqu’à 10 000 cycles complets.

Le constructeur BMW a un plan différent, étant donné qu’il organise entièrement seul ses achats et n’achète du cobalt qu’auprès de sources certifiées d’Australie et du Mexique.

Étant donné que la batterie d’une voiture électrique est majoritairement composée de lithium, l’extraction est également souvent critiquée en raison de la consommation d’eau prétendument élevée. Il faut toutefois mettre la quantité d’eau nécessaire dans son contexte et garder à l’esprit que les batteries peuvent être utilisées longtemps dans leur seconde vie et être ensuite entièrement recyclées.

Pour se passer entièrement du lithium nécessaire, le fournisseur chinois CATL (Contemporary Amperex Technology Limited) a présenté un nouveau type de construction de la batterie sodium-ion. Celle-ci devrait être prête à être commercialisée dès 2023 et à être produite en masse. Les avantages résident dans la durabilité, la performance malgré le froid, la capacité de charge rapide, la sécurité et, bien sûr, des coûts de production faibles.

Des chercheurs australiens suivent un autre chemin et tentent, avec l’utilisation du soufre en guise de remplacement du cobalt et du manganèse, de créer une batterie avec une autonomie de 1 000 km. Le fait que des entreprises comme IBM, Mercedes et Sidus travaillent en coopération sur une méthode de fabrication de batteries à partir de minéraux marins plutôt que de métaux lourds est également très encourageant.
Un peu plus loin dans l’avenir, les batteries dites solides seront bien supérieures aux technologies actuelles, tant en termes d’autonomie et de sécurité que de vitesse de chargement. Dans ce contexte, les marques Renault, Mitsubishi, Nissan et Toyota se sont associées et mènent ensemble des recherches intensives sur la prochaine grande innovation.