Ch07 – Oxydoréduction | Terminale ICCER | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 3 juin 2026
15 millions de batteries de voitures électriques en France en 2035 (estimation). Sauve-t-on la planète si on ne sait pas les recycler ?
Non. La voiture électrique évite 50-90 % de CO₂ en opération vs thermique. Mais sa fabrication émet ~ 8 t CO₂ supplémentaires (production de la batterie). Le bénéfice net ne se manifeste qu'au-delà de 30 000-50 000 km.
Si la batterie est jetée, c'est une perte sèche : énergie de fabrication gaspillée, matériaux critiques (lithium, cobalt, nickel) extraits une fois, jamais réutilisés. À l'échelle planétaire, les réserves de cobalt sont limitées.
Le recyclage permet de récupérer 90-95 % des métaux. Devient obligatoire en 2031 (UE Réglement batteries). Filière française en construction : Eramet, Veolia, SNAM, MTB...
L'enjeu : recycler à moins de 5 € par kg de batterie tout en récupérant > 80 % de Li, Co, Ni purs.
Sylvain, ingénieur procédés chez Recyclex 62 Béthune (filiale d'un groupe métallurgique), participe au projet de pilote hydrométallurgique pour récupérer Li, Co, Ni des batteries usagées de Renault. Il doit chiffrer la rentabilité matière du procédé sur 1 tonne de batteries traitées.
| Élément | Masse (kg) | Prix marché (€/kg) | Valeur (€) |
|---|---|---|---|
| Aluminium (casing + collecteur cathode) | 250 | 2,5 | 625 |
| Cuivre (collecteur anode) | 100 | 8 | 800 |
| Graphite (anode) | 180 | 1 | 180 |
| Cobalt | 30 | 35 | 1 050 |
| Nickel | 80 | 22 | 1 760 |
| Manganèse | 30 | 2 | 60 |
| Lithium | 20 | 70 | 1 400 |
| Électrolyte (LiPF6 + carbonates organiques) | 150 | − | déchet |
| Autres (séparateur, additifs) | 160 | − | déchet |
| Total métaux valorisables | 490 | — | 5 875 € |
Quelles demi-équations interviennent dans une batterie Li-ion en décharge ? Cathode NMC = LiNiO₂ simplifié.
Anode (graphite, oxydation en décharge) : LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻
Cathode (oxyde nickel, réduction en décharge) : NiO₂ + Li⁺ + e⁻ → LiNiO₂
Bilan : LiC₆ + NiO₂ → C₆ + LiNiO₂
En charge, tout est inversé : Li⁺ migre de la cathode vers l'anode (graphite intercalé).
Tension nominale d'une cellule Li-ion : 3,7 V (NMC) ou 3,2 V (LFP). 100 cellules en série = 370 V pour batterie VE.
Procédé hydrométallurgique simplifié. Dissolution de la cathode broyée dans l'acide sulfurique. Écrire la dissolution du cobalt.
Co₃O₄ (oxyde cobalt) + 4 H₂SO₄ + H₂O₂ → 3 CoSO₄ + 5 H₂O + ½ O₂.
(H₂O₂ sert à réduire Co³⁺ en Co²⁺ plus facile à mettre en solution.)
En solution, Co²⁺ est rose. On peut ensuite le séparer de Ni²⁺ par extraction liquide-liquide avec un solvant Cyanex 272 (organophosphoré qui complexe sélectivement Co²⁺).
Précipitation finale en CoSO₄·7H₂O cristallisé (95 % pur).
Recettes du recyclage sur 1 t de batteries. Taux de récupération : Al 95 %, Cu 95 %, Co 90 %, Ni 90 %, Li 85 %.
| Métal | Masse récupérée | Valeur récupérée |
|---|---|---|
| Al (95 %) | 237,5 kg | 594 € |
| Cu (95 %) | 95 kg | 760 € |
| Co (90 %) | 27 kg | 945 € |
| Ni (90 %) | 72 kg | 1 584 € |
| Li (85 %) | 17 kg | 1 190 € |
| Total | 448,5 kg | 5 073 €/t batteries |
Soit 86 % de la valeur théorique récupérée. Le reste est dispersé dans les boues techniques.
Coûts du procédé. Énergie 1 200 kWh/t × 0,12 €/kWh + main d'œuvre 600 € + réactifs (H₂SO₄, NaOH) 350 € + traitement déchets 250 €. Marge ?
Coût total : 144 (énergie) + 600 + 350 + 250 = 1 344 €/t.
Revenu : 5 073 €/t.
Marge brute : 5 073 - 1 344 = 3 729 €/t.
Marge nette (après amortissement usine 1 500 €/t) : 2 229 €/t. Activité rentable.
+ Bénéfice carbone (subventions ETS) : ~ 300 €/t supplémentaires.
+ Pénalité enfouissement évitée (300 €/t TGAP). Total avantage : ~ 600 € par tonne, lié à la pression réglementaire.
Bilan environnemental : recyclage vs extraction minière. Pour 1 kg de cobalt produit.
| Indicateur | Cobalt minier (RDC) | Cobalt recyclé (France) |
|---|---|---|
| CO₂ par kg | 22 kg | 4 kg |
| Énergie | 100 kWh | 20 kWh |
| Eau consommée | 2 m³ | 0,5 m³ |
| Impact social | Mines artisanales avec enfants (15 % de la prod.) | Aucun |
| Coût | 35 €/kg | 40-50 €/kg (en pilote) |
Le recyclé est 4-5× moins impactant que le primaire. Coût encore légèrement supérieur mais la tendance s'inverse (échelle industrielle attendue 2030).
Économie circulaire : objectif UE 2031 = 95 % de récupération des métaux critiques des batteries.
Qu'est-ce qui détermine la criticité d'un métal pour l'UE ?
Liste des matières premières critiques UE 2023 (34 substances) : cobalt, lithium, terres rares, magnésium, gallium, indium, platinoïdes, etc.
Critères :
L'UE pousse :
Indépendance stratégique : priorité géopolitique majeure depuis 2022.
Sécurité du procédé. Démantèlement d'une batterie chargée à 350 V continu = quel risque ?
Risques majeurs :
Protocole obligatoire :
Pour info : 14 accidents graves recensés en Europe sur démantèlement de batteries depuis 2020.
Bilan de pilote Sylvain.
Bilan pilote hydromet batteries Renault — Sylvain (Recyclex 62 Béthune)
• 1 t batteries Li-ion NMC : 490 kg métaux valorisables.
• Taux récupération : 85-95 % par métal. Revenu 5 073 €/t.
• Coût procédé : 1 344 €/t. Marge brute 3 729 €/t.
• Bilan CO₂ : -82 % vs extraction minière (4 kg vs 22 kg CO₂/kg Co).
• Activité rentable, conforme UE 2031. Industrialisation full scale prévue 2027.
Le sodium-ion (Na-ion) est une chimie émergente qui remplace Li par Na (sodium).
Avantages :
Inconvénients :
Usage cible : stockage stationnaire (maison, ferme solaire, réseau) où le poids n'importe pas. CATL, BYD, HiNa déjà en production. Faradion (UK) : leader européen.
Tendance 2030 : Li-ion pour véhicules + Na-ion pour stockage stationnaire. Mix optimal.
📚 §1 (oxydoréduction) + §11 (synthèse) de la leçon Ch07.