Monde Numérique - Actu Technologies: [INTERVIEW] Sébastien Patoux, CEA : où en est la batterie du futur à électrolyte solide ?

La batterie lithium-ion existe depuis 30 ans et on est sur une évolution progressive des

composants, une adaptation des composants aux besoins du marché, avec des progrès qui

sont encore possibles.

Bonjour Sébastien Patou.

Bonjour.

Vous êtes chef du service des technologies batteries au CEA et vous travaillez sur les

batteries du futur.

Qu'est-ce qui va changer dans les systèmes de batteries ?

Est-ce qu'il y a des révolutions, des évolutions et des révolutions qui se préparent

véritablement ?

Il y a des évolutions, il y a rarement des révolutions en science et en particulier

sur les pays.

Ce qui se passe vraiment, c'est le marché qui croit une façon très importante et qui

va finalement amener à beaucoup de recherches en amont pour des pistes à plus long terme.

On travaille à plusieurs échelles de temps, on travaille tout d'abord à l'échelle

long terme en lien avec les gigafactories, les sociétés qui vont industrialiser des

vacuumilateurs et des batteries et on travaille nous au CEA aussi sur des programmes plus long

termes pour les générations que l'on appelle batterie tout solide et aussi pour des générations

qui vont au-delà, qui vont s'inscrire dans une plus faible empreinte environnementale

parce que l'on comprend très bien que lorsque vous avez besoin de quantités extrêmement

importantes de batterie, vous avez besoin de quantités extrêmement importantes de

matériaux et que les matériaux pour certains sont sensibles, critiques, donc il faut penser

à en utiliser moins ou à les éviter, donc c'est vraiment sur ça qu'on travaille pour

le long terme.

Est-ce qu'on peut parler tout d'abord des fameuses batteries solides, pouvez-vous nous

rappeler un petit peu de quoi il s'agit et où est-ce qu'on en est ?

Alors les batteries solides sont une évolution de la technologie lithium-ion classique dans

lesquelles on a un électrolyte qui est liquide, c'est un liquide qui va transporter les

ions lithium d'une électrode à l'autre dans le solide, on se transporte est beaucoup

plus difficile.

Par contre, l'électrolyte solide apporte une certaine stabilité et sécurité et va permettre

et va permettre d'utiliser des composants tels que le lithium métal qui vont permettre

d'aboutir à des denses et d'énergie plus importantes et donc avoir plus de kilomètres

d'autonomie pour votre véhicule électrique.

Donc vous comprenez qu'on a un intérêt technique mais aussi des verrous à passer pour améliorer

la conduction, la conditivité, le transport des ions et pour pouvoir avoir une batterie

fonctionnelle et donc le travail se situe à ce niveau-là.

Les verrous en question, qu'est-ce que c'est ? Où est-ce que ça bloque encore ?

Alors je vais pas tout redécrire le comment on fabrique un accumulateur mais il est beaucoup

plus facile d'implémenter un liquide qui va baigner l'ensemble de la matière dans

l'accumulateur.

L'électrolyte va rentrer en contact avec toute la matière.

Lorsque vous avez un électrolyte solide, vous avez une matière qui est figée, vous

avez une électrolyte positive, une électrolyte négative et un électrolyte solide entre

les deux.

Et donc la gestion finalement des interfaces, comment on va implémenter l'ensemble, fait

l'objet de travaux du moment.

C'est-à-dire qu'on veut vouloir diminuer les résistances et pouvoir avoir une bonne

conductivité et donc ça va passer si je veux dire un mot finalement, c'est comment

implémenter un électrolyte solide.

C'est l'implémentation, la mise en forme pour faire un accumulateur fonctionnel qui

aujourd'hui est le VEAU.

On arrive déjà à faire des choses mais on ne sait pas encore directement à piquabre

industrielment.

Et c'est pour ça qu'il y a un laps de temps entre ce qu'il va y avoir dans la gigafactorie

aujourd'hui, il y a déjà ce qu'il commence à sortir dans nos gigafactories en France et

en Europe et ce qu'ils pourront implémenter dans 5, dans 10 ans, dans 15 ans à grande

échelle.

Donc le solide arrivera dans quelques années mais sur des marchés de niche d'un promettant

sans doute et pas tout de suite ne va pas remplacer les lignes de fabrication du moment.

Et à terme, ce sera dans les véhicules notamment etc ?

Alors en partie il y aura sans doute une partie peut-être pour les véhicules premium

un apport de l'électrolyte solide et avec des denses d'énergie plus importantes, une

autonomie plus importante.

La proportion en part de marché, je ne la connais pas, on ne le sait pas encore, ce qui

prend beaucoup d'ampleur et ce sera sur le second temps, en tout cas c'est l'échelle

que je vous disais après mais qui commence dès maintenant avec des matériaux déjà

emprunte aujourd'hui dans une batterie vous avez du nickel, du cobalt, du manganese.

On ne parlait plus du tout en Europe des matériaux à base de fer, le fossat de fer

revient dans les roadmap au niveau mondial, on va voir comment ça arrive en Europe et

en France.

C'est une solution qui est assez conventionnelle que l'on connaît bien, qui apporte moins

d'énergie mais malgré tout qui permet de baisser les coûts et on voit que cet axe

finalement, ce n'est plus tout à fait l'axe d'énergie, c'est l'axe finalement coût

et emprunte environnementale qui prend de l'ampleur au niveau mondial et derrière

ce matériau à base de fer qui est un exemple ou l'exemple que l'on connaît bien mais

il y a toute une, on parlait sur des batteries sodiumion, potassiumion, des batteries tout

organiques issus de la biomasse par exemple, ça serait sur du planterme et on n'est plus

forcément en augmentation de l'autonomie, de la densité d'énergie mais vraiment une

baisse de l'emprunte environnementale et une baisse des coûts et donc on a les deux

qui finalement aujourd'hui qui commencent à se côtoyer, je ne sais pas du tout de

quoi se aura fait l'avenir et comment ça apprendra en France, en Europe et dans le

monde, sans doute géographiquement des orientations différentes entre l'Asie, l'Amérique

du Nord, l'Europe, voilà.

Mais pour répondre à la question, il y en aura pour tout le monde, il y en aura pour

toute la technologie.

Ça va véritablement changer la face des, notamment de la mobilité selon vous, cette

évolution des batteries.

Alors aujourd'hui, on voit bien que si on est constructeur automobile, il faut modifier

toutes ces usines finalement pour pouvoir adresser le véhicule électrique, les métiers

sont différents et je ne parle pas que de la batterie, je parle de tous les auxiliaires,

tout ce qui est autour le moteur, donc oui ça change drastiquement les choses, ça

c'est d'un point de vue automobile et puis nous, les gens qui viennent de la batterie,

ça change drastiquement dans le sens où les demandes, elles ne sont plus réel à

voir, est-ce qu'elles étaient pour le téléphone et l'ordinateur portable, on voit bien,

là, on a une attente très, très importante du citoyen, du grand public, beaucoup plus

que lorsque c'était pour alimenter finalement de l'électronique portable et les volumes

sont beaucoup plus importants.

Donc les changements sont à ce niveau-là en termes de chimie, en termes de chimie depuis

30 ans, la batterie lithium-ion existe depuis 30 ans et on est sur une évolution

progressive des composants, une adaptation des composants aux besoins du marché avec

des progrès qui sont encore possibles.

Est-ce que ça va changer beaucoup de choses par rapport au batterie lithium-ion qu'on

connaît aujourd'hui ? C'est ça surtout.

Alors pour une batterie, c'est une boîte noire pour l'usager.

Donc ce qu'on va attendre, c'est de l'autonomie, c'est durée de vie satisfaisante.

Donc aujourd'hui, typiquement, la durée de vie des batteries a beaucoup progressé

ces dix dernières années et permet aujourd'hui, c'est ce qui est d'ailleurs permis aujourd'hui d'adresser

l'automobile. Quand vous avez une batterie qui fait 200, 300, 400 cycles comme pour l'ordinateur

portable ou le téléphone, que vous changez tous les deux ans sans souci, à moindre

coup, c'est pas viable pour l'automobile.

On ne peut pas changer un véhicule tous les deux ans.

En tout cas, la durée de vie d'un véhicule, c'est plus de deux ans.

Donc ça, la durée de vie a progressé, a permis d'adresser le marché automobile.

Maintenant, pour vous, utilisateurs au quotidien, à part ça, ça ne change pas grand chose.

On a fait progresser à denser l'énergie, la charge rapide également, des charges

rapides, donc ça progresse.

Ce n'est pas, vous n'avez pas senti en la révolution, c'est pour ça que je n'aimais pas ce terme

là tout à l'heure, instantanément, quand vous l'utilisez.

Le but, c'est que ce soit le plus presque, le plus neutre possible pour l'usager.

La batterie, elle va rester une boîte noire pour l'usager.

Oui, pour l'usager, oui.

Mais après, il y a, vous le disiez, vous l'avez évoqué, l'aspect environnemental.

Le bénéfice au niveau environnemental, qu'est-ce que ça va être ?

Ça va être parce qu'on sait que la fabrication des batteries aujourd'hui est un très fort

impact environnemental.

Est-ce que véritablement, ça va s'améliorer à ce niveau-là ?

Alors, la batterie aujourd'hui, elle a un fort impact environnemental, oui.

Maintenant, dans sa durée de vie, si on prend la batterie dans le véhicule,

avec ce qui est quand même plus intéressant qu'un véhicule thermique, à partir du moment où vous

allez rouler suffisamment.

Le suffisamment, il dépend de l'origine de la fabrication de la batterie et de l'endroit où

vous allez recharger.

Est-ce que vous rechargez avec du nucléaire ? Est-ce que vous rechargez avec du charbon ?

Donc tout ça, ils apprennent en compte globalement, si on prend la situation de la France et de

l'Europe en général, mais en particulier de la France, vous roulez de l'ordre de 50

000 km à l'ordre de grandeur et vous avez finalement votre bilan qui est équilibré par

rapport au véhicule thermique et tout ce que vous allez rouler en plus, ces 50 000 km,

va être en faveur de la batterie.

Donc vous allez baisser l'entrainte environnementale du véhicule au global.

Donc ça, c'est la situation d'aujourd'hui.

Demain, avec des matériaux moins critiques, moins sensibles, moins de combat, moins

nickel, on va encore améliorer l'empreinte environnementale qui va aller au-delà du CO2,

qui va être sur le lot utilisé pour la fabrication, qui va être sur le matériau

en eux-mêmes pour les extraire, donc l'énergie associée.

Et donc, idéalement, on va encore diminuer cette empreinte.

Donc on est déjà aujourd'hui sur un bilan qui est positif par rapport au thermique,

contrairement à ce qu'il peut être dit dans certains articles ou parfois.

Mais il est connu et reconnu que le bilan est positif, pas en sortie d'usine,

mais après un certain nombre de kilomètres d'usage.

Et donc demain, ça va encore diminuer.

On va encore diminuer cette empreinte CO2, empreinte hydrique et tout ce qui empreinte matériaux.

Et alors, si on se projette encore plus loin, vraiment le futur de la batterie, ce sera quoi,

Sébastien Pato?

Alors, on peut imaginer des batteries sans lithium,

avec du sodium, batterie à base de sodium, donc c'est un lion sodium qui va faire des allers-retours

entre les électroin négatives et positifs et qui va générer le courant.

Après-demain, on peut imaginer des batteries au potassium.

Alors, je cite le sodium et le potassium parce que le fonctionnement est similaire à du lithium-ion.

On a à peu près la même façon de fabriquer un accumulateur et de fabriquer des matériaux.

Ce n'est pas tout à fait les mêmes matériaux, c'est tout.

Mais on va s'affranchir d'un matériau critique.

Et puis, peut-être, après-demain, on pourra s'affranchir de tous les matériaux,

enfin, de tous les métaux.

On a parlé de cobalt nickelmanganège et de fer, qui est nettement mieux,

mais on peut encore aller en-deçà et avoir des matériaux organiques,

peut-être même issus de la biomasse, issus du maïs, issus de je ne sais quoi dans le sous-sol,

qui soit complètement eco-friendly.

Qui se régénère.

Et d'ailleurs, ils ont des batteries, et finalement, sans emprunt ou avec une très faible emprunte.

L'emprunte, ce sera l'emprunte de la fabrication,

mais pas l'emprunte d'une extraction de matière dans le sous-sol.

Et ça, vous avez vraiment bon espoir d'arriver un jour à ces batteries-là ou c'est purement théorique ?

Alors, la réponse, c'est plutôt positive.

Elle tout va dépendre, finalement, des concessions qu'on est prêt à faire.

Il est clair qu'il s'agit d'une batterie avec une très faible emprunte environnementale,

issu uniquement de carbone ou de choses qu'on trouve dans le sous-sol.

Enfin, quand j'ai des carbones, c'est issu de la biomasse, issu de ressources naturelles.

On imagine, avec du sodium issu du sel de mer,

j'extrapole un petit peu, mais l'énergie sera quand même un peu moins que l'énergie qu'on a aujourd'hui à une batterie.

Et donc, je pense que ce type de batterie peut alimenter

tous les véhicules, à terme, d'entrée de gamme, milieu de gamme.

Pour le premium, il restera des batteries à plus fortes empruntes environnementales

qui permettront de faire plus de kilomètres, de se charger plus rapidement.

Donc, elle est limite à ce frein-là, mais oui, on peut s'attendre à long terme à des batteries de ce type.

Parce qu'on n'est pas sur les choses utopiques.

J'ai mis de côté un certain nombre de choses de technologies qui ont déjà été regardées.

Je citais le lithium-air, par exemple, et je ne rentre ça pas dans le détail.

Ça a longtemps été dit comme une alternative au lithium-mion,

mais il y a tellement de véros, et finalement, quand on fait l'équilibre global,

on voit qu'il n'y a pas d'intérêt à priori, en tout cas aujourd'hui, à ce jour de l'applémenter.

Je cite le sodium-mion, le potassium-mion, les batteries organiques,

parce que là, aujourd'hui, on voit bien que la danse d'énergie est un peu plus faible.

Reste aura sans doute plus faible qu'un bon lithium-mion,

mais ça peut apporter un avantage dans la mesure où le critère coup et le critère empruntement mental

deviennent prépondérants sur le critère d'orci-énergie.

Mais je pense qu'il y aura plusieurs solutions sur le marché.

Alors qu'aujourd'hui, il n'y a quasiment que du lithium-mion.

Alors aujourd'hui, il n'y a quasiment que du lithium-mion,

mais dans le lithium-mion, il y a plusieurs déclinaisons.

On a, je l'ai parlé notamment, les deux grandes familles avec les matériaux d'électrode positive à base de

phosphates de fer, le fer, et puis les matériaux d'électrode positive à base de nickel-combatement

ganaises qu'on appelle les NMC.

C'est NMC.

Donc vous avez ces deux grandes familles, et après, quand vous rentrez en détail,

il y a encore des déclinaisons sur plusieurs, pas plusieurs niveaux.

Mais il y a déjà sur le marché, deux grandes familles.

Et on va voir arriver du tout solide qui seront encore une autre famille.

Donc il y a quand même dans le lithium-mion, c'est pas une technologie,

c'est un ensemble de technologies comme le sodium-mion, le potassium-mion, les batteries organiques.

On a des ensembles de technologies dans ces grandes familles de Chine.

Merci Sébastien Patou, chef du service technologie batterie au CEA.

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