Evaluation des impacts potentiels

Dans le tableau suivant on peut voir les données des différents impacts caractérisés par les différentes unités:

  

La mesure des impacts est réalisée grâce à la méthode de calcul choisie. Pour cela, il est nécessaire de connaître les unités utilisées:

1.- Ecotoxicité : (EC) Concentration qui crée des effets irréversibles.

TEP (terrestre): 1,4 kg dichlorobenzene eq = 1kgEC

AEP (aquatique): 1 kg triethyleneglicol eq= 1 kgEC

2.- Toxicité sur l’homme : (HC) Facteur qui classe la toxicité humaine.

1,4kg dichlorobenzene=1kgHC

3.- Acidification : (AP) Potentiel d’acidification.

1kg SO2 dans l´air=1kgAP

4.- Gaz à effet de serre: (kg GWP) Caractérise l’effet de serre sur 100 ans, le produit de référence est le CO2.

1 kg CO2 eq dans l´air= 1 kg GWP

5.- Eutrophisation: (kg NP) Rapport du besoin total d’énergie net sur le besoin d’énergie normal.

1kg NO3 eq=1kgNP

6.- Couche d’ozone: (kg ODP) Potentiel d’appauvrissement de la couche d’ozone.

kg CFC-11 eq dans l´air= kg ODP

7.- Smog: (kg POCP) Potentiel de création de smog.

1kg éthane dans l´air=1kg POCP

8.- Déchets solides: (kg de déchets).

9.- Ressources énergetiques: (MJ LHV) valeur de l'énergie dépensée (Lower heating value)

 1MJ eq=1MJ LHV

Dans le tableau ci-dessous sont présentées les données normalisées des différents impacts pour les analyser selon leur degré de pollution sur l’environnement:

On peut le voir de manière plus détaillée dans le graphique normalisé montrant la force des différents impacts.

On constate donc que dans notre cas, l’acidification est le paramètre le plus affecté par la batterie. Cela vient des grandes quantités de dioxyde de souffre relâchés aussi bien pendant la fabrication des métaux de notre batterie que lors des différentes étapes de transport.

On note également que l’écotoxicité, la toxicité humaine et la création de smog sont les facteurs les plus durement touchés après l’acidification. Cela provient également des nombreuses étapes de transport et de fabrication de la batterie.

Enfin, on peut remarquer que les impacts sur la couche d’ozone, les déchets émis et les énergies consommées sont extrêmement faibles. Pour la couche d’ozone, cela vient du fait que le procédé relâche majoritairement du CO2 et en petite quantité. Ce gaz fait partie des moins dangereux pour la couche d’ozone et donc il n’y a que peu d’impacts dessus. Quant aux déchets, cela provient du fait que le recyclage de la batterie est très bon et qu’il n’y a que peu de pertes.

Ecotoxicité

 

Dans le cadre de l’étude de l’écotoxicité de la batterie, on peut voir la grande contribution des métaux lourds comme le cuivre et le nickel. On peut aussi noter qu’une part importante de l’impact sur l’écotoxicologie est apportée par des composés organiques comme les PAHs ou le phénol.

  1. Cuivre

Dans les milieux aqueux, le comportement du cuivre est influencé par de nombreux processus : complexation avec des ligands organiques (surtout sur les groupes -NH2 et -SH, et dans une moindre mesure sur le groupe -OH) ou des minéraux, adsorption sur des oxydes métalliques, des argiles ou des matières organiques particulaires, bioaccumulation, présence de cations de compétition (Ca2+, Fe2+, Mg2+…), présence de sels (OH-, S2-, PO43-, CO32-…), échange entre les sédiments et l’eau. La majorité du cuivre rejeté dans l’eau est sous forme particulaire et tend à se déposer, à précipiter ou à s’adsorber à la matière organique, au fer hydraté, aux oxydes de manganèse ou aux argiles. Le cuivre est toxique pour les poissons et un certain nombre d’organismes aquatiques.

De plus, le cuivre s’accumule dans les premiers centimètres du sol et peut devenir toxique pour les organismes du sol, notamment les vers de terre.

  1. Nickel

Le Nickel est un élément chimique présent naturellement dans l’environnement. Cependant, le nickel est également émis par l’homme en grande quantité, principalement par la combustion des énergies fossiles. Par exemple en France en 2002, il y a eu des émissions de 218 tonnes de Nickel dans l’atmosphère. En grande quantité ce produit peut avoir un impact écotoxicologique. Les effets du Nickel sont peu étudiés mais il existe quelques valeurs qui montrent les impacts de ce produit sur l’environnement. Par exemple, sur la faune et la flore marine on observe des valeurs de CL10 comprises entre 0,001 et 0,04 mg/l, ce qui en fait un produit toxique. Il y a également un phénomène d’accumulation du Nickel dans le sol ce qui perturbe les espèces terrestres.

Dans notre procédé, on émet du Nickel dans les phases de production, de recyclage et de transport de la batterie.

  1. PAHs​

Les PAH (hydrocarbure aromatique polycyclique) sont des polluants issus de la combustion de carburants fossiles tels que le pétrole, le charbon et le gaz. Ce sont des composés avec un fort impact écotoxicologique. Par exemple, sur les oiseaux il a une CL50 (concentration létale 50) qui correspond à la mort de 50 % des oiseaux environ égale à 0,036 μg/g d’oiseaux, ce qui correspond à une valeur très faible. Le constat est le même pour les autres espèces animales telles que les reptiles et les amphibiens. Les PAHs sont des composés qui peuvent entraîner des mutations, des lésions, des tumeurs, un changement dans le comportement, une réduction du développement et peuvent perturber la reproduction.

  1. Phénol

Dans l’eau, les phénols sont plus lourds que l’eau et ils s’enfoncent. Ils peuvent se diluer doucement et devenir toxiques. En milieu aquatique, ils affectent de manière plus significative les espèces telles que le gardon et la carpe  (CL50 : 25 mg/l et 24 mg/l respectivement).

Dans l’air, les phénols exposés à la chaleur peuvent former des mélanges explosifs.

Dans le sol, le phénol subit une dégradation microbienne aérobie ou anaérobie, et c’est à cause de cela que l’accumulation des phénols est très faible.

Toxicité humaine

 

Les oxydes d’azote, le dioxyde de souffre, les oxydes de souffre et la suie sont les principaux produits qui contribuent à la toxicité humaine dans l’étude des batteries ion-lithium de  notre projet.

Le dioxyde de soufre est un composé toxique par inhalation facilement détectable en faibles concentrations par son odeur.  La combustion des fuels sulfurés et l´extraction des métaux utilisés pour la construction de la batterie sont des processus qui apportent la plus grande quantité de ce composé.

Concernant les autres oxydes de soufre (SOx), ils sont également très dangereux pour la santé. Ils proviennent aussi de la combustion des carburants fossiles.

La suie est formée lors de la combustion incomplète d´hydrocarbures. Dans notre projet, cela correspond surtout aux différentes étapes de transport, de fabrication et de recyclage de la batterie. La suie est très dangereuse pour la santé humaine car elle entraîne des problèmes vasculaires, un risque accru de  crises cardiaques et  des problèmes respiratoires.

Les oxydes d’azote (NOx) se forment lors de la combustion de carburants fossiles à hautes températures et comme la suie, la principale source est la pollution associée au transport et à l´assemblage des différents matériaux utilisés pour la fabrication de la batterie ainsi qu’à son traitement après utilisation. Ils entraînent des problèmes de santé lorsqu’ils dépassent le seuil de 4 ppm dans l´environnement.

Un dernier groupe de rejet affecte particulièrement la santé humaine, il s’agit du rejet de métaux lourds comme le nickel, le plomb ou l´arsenic. Même en faible quantité, ils sont très dangereux pour  la santé car ils sont très cancérigènes.

Acidification

Les oxydes de soufre et l’azote sont les principales causes de l´acidification. Ces substances représentent plus de 95% de ce type de contamination.

Le principal oxyde de soufre est le SO2, les émissions de ce produit proviennent majoritairement  du processus de combustion de carburants fossiles.

  • Dans les processus métallurgiques, une très grande quantité de SO2 est libérée dans l’atmosphère. Les métaux sont naturellement sous forme de sulfure (ex: NiS, CuS) et lorsqu’ils sont transformés en oxydes, il se produit la libération de SO2.
  • Dans les processus de combustion de carburants fossiles, le soufre réagit avec l’oxygène et crée du SO2

Concernant les émissions de dioxyde d’azote (NO2), les principales causes de rejet de cette substance sont les processus de combustion à hautes températures (véhicules motorisés et usines).

Nous pensons que ces émissions se produisent principalement dans les étapes de production des métaux et pendant le transport des matériaux par bateau ou par camion. Nous pensons également qu’il existe des rejets dans l’étape de recyclage de la batterie car il y a des combustions à très hautes températures.

Gaz à effet de serre

Les gaz a effet de serre produits par la batterie sont presque en totalité du CO2, il participe grandement  au réchauffement climatique et à l’effet de serre. Le CO2 serait le deuxième gaz à effet de serre le plus important dans l'atmosphère après la vapeur d'eau, contribuant respectivement à hauteur de 26 % et 60 % à ce phénomène.

Le Potentiel de Réchauffement Global (PRG) est un outil qui permet de comparer entre eux les différents gaz à effet de serre qui influencent le système climatique. Il est utilisé pour prédire les impacts relatifs de différents gaz sur le réchauffement climatique.

On peut trouver d’autres gaz générés par la batterie avec des PRG très élevés comme par exemple le méthane avec un PRG de 25 sur 100 ans, ou les FC-14 qui sont très persistants avec une durée de demi vie d´environ 50 000 ans et un PRG de 7390 sur 100 ans. Les oxydes de soufre ont quant à eux une longévité de 114 ans et un PRG de 298.

En prenant en compte ces valeurs, l’accumulation de ces composés, même en faible quantité, peut contribuer au réchauffement de la planète.

Eutrophisation

 

L’eutrophisation est un phénomène caractérisé par la modification et la dégradation d’un milieu aquatique. Cela est souvent caractérisé par la prolifération d’algues qui empêche la lumière d’atteindre le fond de la rivière ou de la mer. Il y a donc trop de nutriments lorsqu’un milieu aquatique est eutrophisé. Ce processus peut être lent et naturel et permettre à des lacs de se transformer petit à petit en marais puis en forêt mais il est plus souvent dû à l’action humaine qui impacte l’environnement avec des rejets de polluants agricoles ou industriels. L’eutrophisation est alors beaucoup plus rapide. Les phénomènes d’eutrophisation dus aux batteries lithium-ion viennent principalement du rejet de trois composés:

  • Le dioxyde d’azote
  • L’oxyde d’azote
  • Les phosphates
  1. Le dioxyde d’azote

Le dioxyde d’azote est un composé chimique de formule brute NO2. C’est un gaz très polluant dans l’atmosphère et très réactif. Dans le cas de l’eutrophisation, il réagit avec l’eau selon la réaction suivante :

3 NO2 +H2O -> 2 HNO3 + NO

Il y a donc production de monoxyde d’azote, un gaz toxique mais qui n’intervient pas dans les phénomènes d’eutrophisation, et d’acide nitrique liquide qui rend les pluies acides et participe fortement aux phénomènes d’eutrophisation.

Le dioxyde d’azote, dans notre processus, provient en grande majorité de la combustion de carburant, c’est à dire dans les étapes de transport, de fabrication et de recyclage de la batterie. La période d’utilisation de notre produit ne cause pas d’émission de ce type de gaz et n’est donc pas en soi un problème pour l’eutrophisation des milieux aquatiques.

   2. Les oxydes d’azote

On connaît plus souvent les oxydes d’azote sous le nom de NOx. Le dioxyde d’azote en est un mais il en existe beaucoup d’autres. Il y a:

  • Le protoxyde d’azote N2O
  • ​​​​​​Le monoxyde d’azote NO
  • Le trioxyde d’azote N2O3
  • ​​​​Le dioxyde d’azote NO2
  • Le tétraoxyde d’azote N2O4
  • ​​Le pentaoxyde d’azote N2O5

Ce sont des puissants gaz à effet de serre qui viennent en grande partie de la combustion de carburants fossiles tels que le pétrole, le charbon ou le gaz. Ils peuvent également être produits par des procédés industriels. Ce sont les deux raisons de la présence de ces produits dans la liste des produits de notre batterie impactant l’eutrophisation.

Ils impactent l’environnement de la même manière que le dioxyde d’azote en réagissant avec l’eau pour former de l’acide nitrique.

   3. Les phosphates

Les phosphates sont une famille de molécule ayant pour base commune la forme suivante.

(Source: Agriculture de conservation)

Ce sont des produits principalement utilisés dans le secteur agricole sous forme d’engrais pour apporter de l’azote et du phosphore à la terre. On se sert également des phosphates lors du processus de fabrication du vin. Ces provenances des phosphates ne nous concernent pas dans l’étude de la batterie.

Les phosphates sont également utilisés sous forme de phosphate d’aluminium pour fabriquer l’aluminium nécessaire à la batterie, c’est de cette partie du procédé que proviennent les émissions des phosphates. Ils ont un impact très important sur l’eutrophisation des milieux aquatiques, c’est pourquoi ils font partis des trois produits les plus impactant de notre étude.

Couche d'ozone

On peut voir sur le graphique que presque 100% des composés impactant la couche d’ozone à cause de ce processus sont dus au méthane (CH4). Les principales sources anthropiques de libération de méthane sont les combustibles fossiles. Ce gaz est donc principalement émis pendant l’extraction des minéraux, leur transport, la fabrication et le recyclage de la batterie.

Le méthane est un gaz qui contribue très fortement à la destruction de la couche d’ozone et au réchauffement climatique. Il permet le passage des radiations du soleil qui arrivent à la surface de la terre pour être absorbées ou pour être reflétées. Ces radiations reflétées sont retenues par les gaz à effet de serre comme le méthane de l’atmosphère, de cette façon, la température moyenne de la terre augmente et le réchauffement climatique apparaît. Bien que le CO2 soit le gaz de serre le plus connu, le méthane à un impact plus de 20 fois supérieur au CO2.

Smog

Le smog est un phénomène de brouillard urbain lors d’une période de grande pollution. Il peut être dangereux pour l’homme comme par exemple à Londres en 1952 où une pollution au dioxyde de souffre à entraîné la mort directe de 12 000 personnes et a atteint plus de 100 000 personnes avec  des effets à long terme. On peut voir que les phénomènes de smog causés par une batterie viennent à plus de 75% de produits de type hydrocarbures. La majorité du reste des émissions provient des composés organiques volatils. On peut avancer l’hypothèse que ces émissions sont principalement dues aux transports et aux différentes étapes de fabrication et de recyclage. En effet, ces gaz proviennent majoritairement de la combustion de carburants tels que le pétrole ou le gaz.

Lors du processus de fabrication et  de recyclage, on utilise de grandes quantités d’énergie, cela crée des rejets de pollution dans l’atmosphère. De plus, chaque étape de transport crée un apport de pollution car les bateaux et les camions émettent des substances du type hydrocarbures et composés organiques volatils. La période d’utilisation de la batterie n’est pas impliquée dans ce processus de création de smog. En effet, pendant la durée de vie de la batterie, il n’y a pas de consommation de carburant et donc pas de rejets d’hydrocarbures et de composés organiques volatils.

Déchets solides

L’analyse de cycle de vie de la batterie nous montre qu’il existe différents types de déchets. Cependant, plus de 90% de ces résidus sont des déchets inorganiques. Nous n’avons pas trouvé plus de précision quant à la composition exacte de ces déchets. Nous pensons donc qu’il s’agit d’un ensemble regroupant des déchets venant de la fabrication, du recyclage, du transport et de l’utilisation de la batterie.

Ressources énérgetiques

Les ressources les plus consommées durant la fabrication, l’utilisation et la fin de vie de la batterie peuvent se séparer en différents sous-groupes:

  • Les fuels pour le transport des matériaux.
  • ​​​​​​​​Le charbon et le gaz naturel pour l´extraction des matériaux et la fabrication de la batterie.
  • L´électricité nécessaire pour la construction, l’assemblage et la fin de vie de la batterie provient du nucléaire, des combustibles fossiles ou du gaz naturel.
  • Les autres ressources consommées sont le bois, des énergies renouvelables

Le problème environnemental associé à cette consommation d’énergie est la génération par combustion des polluants comme le CO2, le méthane ou les oxydes d’azote et de soufre, qui contribuent à détruire la couche d´ozone, à élever la température de la planète et à contaminer l´environnement.

 

Page éditée par Alejandro Orsikowsky, Basile Payen et Javier Pierna