Le pétrole extrême [sables bitumineux, en eau profonde ou pétrole de schistes] est plus cher que le pétrole conventionnel et très dommageable pour l’environnement. Mais qu’en sera-t-il du lithium pour les batteries si on adopte le même scénario que pour le pétrole et qu’on ne modère pas notre consommation de façon raisonnable? On pourrait bien parler de «batteries extrêmes» dans une vingtaine d’années.
La question qu’il faut se poser est quelle est la grosseur raisonnable pour la batterie d’une voiture électrique? Bien sûr il y a différents types d’utilisateurs qui ont des kilométrages très différents. On a les voyageurs de commerce et les chauffeurs de taxi à une extrémité (60 000 à 100 000 km/an) et les personnes retraitées qui sortent peu à l’autre (5 000 à 10 000 km/an). On parlera donc de grosseur moyenne de batterie.
Présentement, les batteries au lithium n’ont pas encore de challengeur qui peut stocker autant d’énergie par kilogramme de batterie. Pour répondre à la question de la grosseur de batterie, il faut donc savoir quelle quantité de lithium est requise par kWh de capacité de stockage versus les réserves mondiales, et quelle est la proportion du prix d’une batterie que représente le lithium.
Quantité de lithium pour une batterie de 1 kWh
Dans un article de EV World paru en 2010, William Tahil explique que dans la vraie vie, on a besoin de 2 à 3 kg de carbonate de lithium par kWh de capacité de batterie. Pour en arriver à cette fourchette de valeur, M. Tahil tient compte des différentes pertes encourues de l’extraction à la fabrication et au fonctionnement des batteries Li-ion dans des conditions réelles d’utilisation. Sachant que la formule du carbonate de lithium est Li2CO3 chaque kg de ce minerai contient 189 g de lithium. Par conséquent, la fourchette de 2 à 3 kg de carbonate de lithium correspond à une fourchette de 378 g à 567 g de lithium métallique. Soyons beau joueur et ne prenons 400 g de lithium par kWh de capacité de batterie.
Réserves mondiales de lithium
Selon l’estimé fait par le U.S. Geological Survey en 2015, les réserves mondiales de lithium seraient de 13,5 millions de tonnes de lithium. Voir ici.
À la une de cet article, vous voyez une photo du salar d’Uyuni en Bolivie d’où on extrait du carbonate de lithium (source : Wikimedia Commons).
Les réserves correspondent aux gisements certifiés, technologiquement et économiquement exploitables. Aux réserves on peut ajouter avec précaution ce qu’on appelle les ressources, qui correspondent à des estimés au niveau des gisements et dont l’exploitation pourrait devenir potentiellement rentable. Ces ressources sont estimées à 39 millions de tonnes de lithium. Soyons beau joueur et disons qu’on pourrait accéder au double des réserves, soit 27 millions de tonnes de lithium de façon «rentable».
Combien de kWh de batteries peut-on avoir avec 27 M tonnes de lithium?
Le calcul est simple, il suffit de diviser 27 milliards de kg Li par 0,4 kg Li/kWh, ce qui donne 67,5 milliards de kWh. Maintenant, il y a environ 1 milliard de véhicules routiers sur la planète présentement, et avec la Chine et l’Inde qui s’industrialisent à grand pas, on peut s’attendre à 2 milliards de véhicules d’ici 20 ans. Et n’oublions pas qu’il y a d’autres utilisations du lithium que les batteries pour les véhicules électriques.
Bref, même si on n’a pris que la plus petite quantité de lithium par kWh de batterie et qu’on a doublé les réserves mondiales, on arrive à une grosseur de batterie moyenne de 30 kWh par véhicule, et là, tout le lithium accessible sur la planète est monopolisé. Et on sait très bien qu’il y a des pertes au recyclage et qu’en réalité ce sera moins que 30 kWh.
Or, on sait qu’avec 30 kWh de batteries on ne fait que 160 km d’autonomie.
L’explosion récente du prix du lithium.
Depuis un an, le prix du carbonate de lithium a plus que triplé, passant de 6,27 $US en mars 2015 à 21,97 $US le 10 mars 2016 ( voir ici)!
En prenant la valeur optimiste de seulement 2 kg de carbonate de lithium par kWh de capacité de batterie, ça veut dire que le prix du lithium représente 44$/kWh de batterie. Or, autant Tesla que GM ont annoncé récemment qu’ils étaient près de 200 $/kWh de batterie. Le prix du lithium représente donc 22% du prix des batteries actuelles, et on en est encore qu’au début. Si on double ou triple le prix du lithium encore une fois, le prix des batteries va remonter, possiblement d’ici 5 à 10 ans.
La morale de l’histoire
Ceux qui pensaient que toutes les voitures électriques auraient des batteries donnant une autonomie de 500 km, revenez sur Terre. D’ailleurs, ça n’a aucun sens d’avoir une autonomie électrique de 500 km si 90% du temps on fait 50 km par jour. Il y a un petit pourcentage de conducteurs qui font réellement beaucoup de kilométrage qui pourraient avoir besoin d’une telle autonomie, mais pas le commun des mortels.
Alors, quoi faire? Et bien la première chose est d’aller vers les transports collectifs et l’autopartage pour réduire le nombre de véhicules. Pour ceux qui veulent absolument une voiture toute électrique mais qui font rarement des longues distances, il faudrait se contenter d’une voiture avec une autonomie de 250 km environ et mettre l’emphase sur des superchargeurs de 200 kW ou plus le long des autoroutes, qui pourraient redonner 200 km d’autonomie en 15 minutes, ou louer une voiture pour ces occasions spéciales.
Mais, l’approche qui me semble la plus intéressante (à part la réduction des véhicules) ce sont les voitures électriques à prolongateur d’autonomie avec aune autonomie électrique de 80 km à 100 km (pas besoin de plus), comme la Chevrolet Volt, qui vont faire plus de 90 % des km à l’électricité dans une année. La batterie de tels véhicules n’aurait que 15 kWh à 20 kWh de capacité.
Pour le 10 % des kilomètres où on utilise du carburant, n’oublions pas que c’est une voiture hybride qui consomme 30 % moins d’essence qu’une voiture thermique traditionnelle. Donc, on n’aurait besoin que de 7 % environ du carburant consommé actuellement par notre parc de véhicules. On peut, dès lors, utiliser des biocarburants de deuxième génération faits à partir de résidus et de déchets, et ne plus utiliser de pétrole. De tels biocarburants seraient renouvelables et neutres en carbone. Sans compter que les carburants seraient utilisés en dehors des villes, lors de longs trajets.
Par ailleurs, une nouvelle génération de moteurs thermiques bien plus efficaces que les moteurs diesels d’aujourd’hui et deux à trois fois plus petits devrait arriver sur le marché bientôt, fonctionnant à l’essence. Voir mon billet à ce sujet ici.
La voiture électrique avec prolongateur d’autonomie à carburant offre un énorme potentiel pour gérer raisonnablement notre consommation de lithium et éviter d’avoir des «batteries extrêmes», qui seraient néfastes au niveau économique (augmentation du coût des batteries) et environnemental (exploitation de gisements à faible teneur en lithium).
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