Le monde est en pleine transition vers une économie nette zéro, le développement technologique étant le moteur de ce changement. La production d'énergie et le transport ont fait l'objet d'une grande attention car ils représentent ensemble environ la moitié des émissions mondiales de gaz à effet de serre1. En termes d'émissions de CO2 , le transport génère un cinquième du total, dont 75 % proviennent des véhicules routiers2. Les véhicules électriques (VE) jouent donc un rôle essentiel dans la réduction de l'impact environnemental global du transport routier. Pour répondre à l'augmentation attendue de la demande de VE, la chaîne d'approvisionnement doit être résistante et capable de faire face aux chocs exogènes.
D'un point de vue technologique, les VE sont plus simples à concevoir que leurs homologues à moteur à combustion interne, avec beaucoup moins de pièces mobiles. Cependant, ils nécessitent beaucoup plus de ressources minérales pour leurs moteurs et leurs batteries. Pour les constructeurs automobiles, les batteries représentent un défi technologique majeur, car leur conception façonne les caractéristiques essentielles du véhicule et détermine les minéraux nécessaires à leur fabrication.
À l'heure actuelle, les batteries lithium-ion à forte intensité minérale constituent la norme industrielle. Des efforts de R&D ciblés ont permis d'augmenter la densité des batteries, d'allonger leur durée de vie et de réduire leur coût moyen, qui a chuté de 90 % depuis 20103. Pourtant, le coût du bloc-batterie est de loin la dépense la plus importante dans la fabrication d'un véhicule électrique. En moyenne, ce coût a été estimé à 6 300 dollars en 20214, ce qui représente un tiers du coût total du véhicule5. Pour mieux comprendre la dynamique économique sous-jacente, il est impératif de comprendre la structure d'une batterie lithium-ion.
Chaque VE abrite un bloc-batterie composé de plusieurs éléments de batterie et d'un système électronique de contrôle dans un boîtier d'aluminium ou d'acier pour la protection. Une cellule de batterie contient deux électrodes - une cathode et une anode - séparées par un séparateur en plastique. Une solution de sel de lithium facilite le mouvement des ions entre les électrodes, avec des collecteurs de courant en aluminium et en cuivre pour la cathode et l'anode, respectivement, qui recueillent et conduisent le courant électrique. La chimie des électrodes affecte principalement les caractéristiques de la batterie, notamment la densité énergétique, la vitesse de charge, la durée de vie, la température de fonctionnement, l'inflammabilité et le coût.
Le tableau ci-dessous montre les différentes proportions de minéraux utilisés dans les trois principales compositions chimiques des batteries lithium-ion. Les constructeurs automobiles choisissent la chimie qui répond le mieux à l'utilisation prévue du VE. Par exemple, les batteries NMC sont utilisées pour les VE à hautes performances en raison de leur densité énergétique supérieure, malgré leur coût plus élevé. En revanche, les batteries LFP, dont la densité énergétique est presque deux fois moindre, sont préférées pour les VE d'entrée de gamme en raison de leur coût inférieur et de leur durée de vie plus longue.
Quelle que soit leur composition chimique, les batteries lithium-ion ont une chaîne d'approvisionnement longue et complexe impliquant des acteurs dispersés dans le monde entier et exerçant des activités spécialisées allant de l'extraction minière à l'intégration dans les VE. La nature décentralisée de ces activités, associée à la diversité des matières premières minérales, entraîne des transports internationaux importants. On estime que les minéraux parcourent en moyenne 50 000 miles depuis les sites d'extraction jusqu'à leur utilisation dans la fabrication de cellules6. Pour mettre cela en perspective, la chaîne d'approvisionnement des batteries de VE peut être divisée en trois étapes principales : en amont, en milieu de chaîne et en aval.
L'étape en amont consiste à extraire des réserves les minerais nécessaires à la création des composants de la batterie. Bien que les minéraux spécifiques requis dépendent de la chimie de la batterie, les minéraux critiques tels que le graphite et le lithium sont essentiels. L'étape intermédiaire consiste à traiter les minerais extraits, à les raffiner pour obtenir une qualité de batterie, à les convertir en composants, puis en cellules de batterie par leurs fabricants. Au cours de l'étape en aval, ces cellules sont assemblées en grands blocs de batteries, intégrées à l'électronique de commande et installées dans les véhicules électriques. Enfin, en fin de vie, la batterie est idéalement recyclée, ses minéraux étant récupérés et recyclés pour créer de nouvelles batteries7.
Bien qu'une grande majorité des batteries ne soient pas recyclées à l'heure actuelle, il existe un important potentiel d'amélioration. La réutilisation des minéraux pour fabriquer de nouvelles batteries permet d'économiser l'énergie dépensée pour l'extraction de minéraux vierges et permet aux entreprises d'atténuer les problèmes en amont8. En outre, la réduction de la demande de minerais essentiels tels que le cobalt permet également de réduire les impacts environnementaux et sociaux, tels que les conditions de travail dangereuses et les problèmes liés au travail des enfants et au travail forcé9.
Le graphique interactif ci-dessous montre les cinq principaux producteurs des minéraux généralement utilisés dans les batteries des VE, avec les anodes à gauche et les cathodes à droite. À l'exception de l'acier, chaque minéral utilisé est classé comme critique - essentiel pour la sécurité économique ou nationale, avec des chaînes d'approvisionnement vulnérables aux perturbations - au Canada10. Bien que l'ensemble des données utilisées ne précise pas la teneur des minéraux, un point important, il n'en demeure pas moins que la distribution et la production de ces minéraux sont inégales. Cela est particulièrement évident dans la production de graphite, de lithium, de cobalt, de phosphate et d'aluminium, où un seul pays contrôle souvent la majorité de l'approvisionnement.
Un deuxième inconvénient de cet ensemble de données est qu'il n'identifie pas la propriété étrangère des mines, comme le projet de minerai de cuivre et de cobalt Tenke Fungurume Mining (TFM) au Congo, dans lequel la Chine détient une participation de 80 %11.
Les réserves économiquement viables de ces minerais sont souvent concentrées entre les mains de quelques fournisseurs situés dans des pays politiquement instables et peu respectueux des droits de la personne et des normes environnementales. Pour les pays qui cherchent à diversifier leur approvisionnement, il existe des opportunités pour certains minéraux, mais l'établissement de nouvelles mines peut être un long processus. Par exemple, environ 20 % des réserves mondiales de lithium sont situées en dehors des cinq principaux producteurs, ce qui offre un potentiel de diversification de l'offre. La situation est similaire pour le phosphate, dont les réserves sont importantes au Maroc. Toutefois, le phosphate igné, qui convient le mieux aux batteries LFP, se trouve principalement au Canada, en Russie et en Afrique du Sud12.
D'autre part, la chimie et la conception des batteries sont en constante évolution. Dans les batteries lithium-ion, les anodes sont généralement en graphite, tandis que la chimie des cathodes varie considérablement. Les batteries LFP, qui évitent l'utilisation de nickel, de manganèse et de cobalt, gagnent des parts de marché grâce à l'amélioration de la densité énergétique et des performances. Cependant, pour les pays qui cherchent à réduire les risques de leur chaîne d'approvisionnement en batteries pour véhicules électriques, la Chine est également leader dans le développement et la fabrication de batteries LFP, contrôlant plus de 95 % de la production mondiale13. Avec une adoption généralisée sur le marché chinois, 4 VE sur 10 produits en 2023 seront alimentés par une batterie LFP. Les batteries sodium-ion, qui évitent l'utilisation du lithium au profit du nickel ou du manganèse, en fonction de leur composition chimique, pourraient constituer une autre source de perturbation14.
Si l'on regarde plus en aval, la position dominante de la Chine dans la chaîne d'approvisionnement des batteries pour véhicules électriques devient plus évidente. Si l'extraction des minéraux est quelque peu diversifiée sur le plan géographique, la transformation de ces minéraux en matériaux adaptés aux pièces de batteries est fortement concentrée en Chine. Plus de 50 % de la transformation du graphite, du lithium, du manganèse, du cobalt et de l'aluminium a lieu dans ce pays. Cette tendance se poursuit dans la fabrication des cellules, la Chine produisant environ 70 % de toutes les cathodes et environ 85 % de toutes les anodes. La conversion des cellules en batteries est également fortement concentrée en Chine, où elle représente plus de 75 % de la production mondiale. Enfin, la Chine fabrique environ un VE sur deux produits dans le monde.
Étant donné que des questions géopolitiques plus larges affectent les relations économiques et commerciales, la stabilité des chaînes d'approvisionnement mondiales est de plus en plus menacée lorsqu'une part importante d'une activité de la chaîne d'approvisionnement des batteries de VE se déroule dans un seul pays. De tels goulets d'étranglement peuvent avoir des conséquences négatives car les pays militent de plus en plus pour contrôler des activités clés dans les chaînes d'approvisionnement de biens essentiels15.
Afin de réduire les risques liés à une dépendance excessive et de renforcer la résilience, des investissements sont réalisés au Canada, aux États-Unis et en Europe dans l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement des batteries pour VE afin de localiser et de développer les capacités nationales, ce qui est essentiel pour une transition écologique réussie. En outre, les impacts environnementaux et sociaux des activités en amont de la chaîne d'approvisionnement des batteries pour VE ont suscité un intérêt pour la garantie d'un approvisionnement éthique. Des investissements plus importants sont nécessaires pour garantir la transparence et prévenir les mauvaises pratiques des fournisseurs.
La durée de vie plus courte que prévu des batteries et le défi de la circularité par le recyclage sont également des questions importantes qui doivent être abordées. Si l'expérimentation de la chimie des batteries a permis à la technologie LFP de redevenir compétitive, l'absence de minéraux de valeur rend leur recyclage non rentable16. En attendant, en raison de la nature de l'industrie, la production de batteries pour VE devrait rester dominée par la Chine dans un avenir prévisible.
Références
1. Ritchie, Rosado and Roser (2020). Breakdown of carbon dioxide, methane and nitrous oxide emissions by sector. Our World in Data.
2. Ritchie (2020). Cars, planes, trains: where do CO₂ emissions from transport come from?. Our World in Data.
3. IEA (2024). Batteries and Secure Energy Transitions.
4. Stinger and Park (2021). Why an Electric Car Battery Is So Expensive, For Now. Bloomberg.
5. König et al. (2021). An Overview of Parameter and Cost for Battery Electric Vehicles. World Electric Vehicle Journal.
6. Straubel (2022). The scope and scale of critical mineral demand and recycling of critical minerals. U.S. Senate Committee on Energy and Natural Resources.
7. Brinn (2022). Electric Vehicle Battery Supply Chains: The Basics. NRDC.
8. Reinsch et al. (2024). Friendshoring the Lithium-Ion Battery Supply Chain: Battery Cell Manufacturing. CSIS.
9. Carreon (2023). The EV Battery Supply Chain Explained. RMI.
10. Government of Canada (n.d.). Canada's critical minerals.
11. Tang and Chen (2023). China's CMOC, Gécamines reach resolution on DR Congo copper-cobalt mine. S&P Global.
12. Banerjee (2023). Characterization of First Phosphate’s Lac à l'Orignal Phosphate Deposit, Lac- Saint-Jean Anorthosite (LSJA) Complex, Quebec, Canada: Implications for Supplying Lithium Ferro (Iron) Phosphate (LFP) Batteries. Queen's University.
13. IEA (2024). Batteries and Secure Energy Transitions.
14. IEA (2024). Trends in electric vehicle batteries.
15. Luo and Van Assche (2023). The rise of techno-geopolitical uncertainty: Implications of the United States CHIPS and Science Act. Journal of International Business Studies.
16. IEA (2022). Global Supply Chains of EV Batteries.