I.4.6.2. Les différentes techniques de recyclage
des batteries en fin de vie
Les procédés de traitement des batteries font
pour la plupart d'entre eux appel aux méthodes traditionnelles
d'extraction des métaux développées à l'origine par
les industries minières et d'affinage de métaux. Il s'agit de
traitement par voie sèche ou Pyrométallurgie et voie humide ou
Hydrométallurgie, souvent connu et bien maitrisé par les
industriels. Les recycleurs reprennent ces méthodes et les adaptent
à un flux entrant de batteries qui engendre des problèmes
spécifiques liés à la sécurité
(instabilité des électrolytes) et à l'élimination
de certaines impuretés qui peuvent altérer l'efficacité
des procédés hydro-métallurgiques notamment[18].
De manière originale, les industriels du recyclage
utilisent une combinaison des méthodes physiques et chimiques pour
recycler les batteries par les procédés suivants :
· Procédés
Pyrométallurgie
Elle consiste à chauffer à une haute
température des batteries ou des éléments de batteries
(cellules modules) après une étape de prétraitement qui
peut-être du démantèlement ou du broyage afin de
récupérer les métaux sous formes d'alliages. Les
procédés pyrométallurgies sont énergivores,
exigeant des températures élevés (800-1500°C) et une
gestion dédiée des gaz émis. Très efficaces pour
séparer les éléments métalliques (cobalt, cuivre et
autres), des autres éléments organiques (solvants,
plastiques...).
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Figure1.14 : Pyrométallurgie
· Procédés
Hydrométallurgie
Hydrométallurgie repose sur une succession de
procédés chimiques utilisant des réactifs pour
séparer et purifier les métaux présents dans les cellules
de batteries. Bien évidemment une étape de pré-traitement,
par démantèlement, pyrolyse ou broyage est nécessaire pour
accéder aux éléments chimiques présents dans la
cellule. Ces premières étapes plutôt physiques seront
suivies d'une lixiviation passage obligatoire avant toute séparation
[6]. La figure 1.15 ci-dessous présente l'hydrométallurgie :
Figure 1.15: Hydrométallurgie [27]
La filière de recyclage est la réponse favorable
au problème mondial de la raréfaction des matières
premières qualifiées de critique (antimoine, béryllium,
cobalt, gallium, graphite, magnésium...). Pour ce faire, elle doit
garantir la sécurité de l'approvisionnement desdites
matières à travers le renforcement des accords avec les pays
producteurs et par la meilleure maîtrise de l'énergie.
Le procédé de recyclage le plus utilisé
et vulgarisé pour recycler le plomb des batteries usées est
l'hydrométallurgie. De plus, les pays de la sous-région y compris
le Bénin ont développé une expertise locale dans le
recyclage des batteries au plomb-acide usées à travers la
pyrométallurgie. Compte-tenu de son rendement de recyclage très
élevé, de la faible consommation énergétique et de
la faible émission des gaz à effet de serre, le
procédé de recyclage des batteries au plomb-acide
approprié au Bénin est bel et bien celui-ci.
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I.5. Synthèse bibliographique
La gestion des déchets d'équipements
électriques et électroniques est un défi majeur pour
l'Afrique Subsaharienne et particulièrement pour le Bénin. Leur
quantité augmente rapidement en fonction de la croissance
démographique d'une part et de la forte demande en équipements
électroniques intelligents d'autre part. Selon Hugo Le PICARD[9], la
gestion des déchets contribue d'une part à la réduction
des décharges sauvages et d'autre part à l'insertion
professionnelle à travers la mise en place d'un système de
collecte précis et fiable.
Pour Marie véronique et Henry Hittmann [10],
l'économie circulaire est le nouveau modèle de croissance,
soucieux de préserver l'environnement à travers la gestion des
déchets. Le recyclage apparait de plus en plus comme une
nécessité pour faire face à la raréfaction de
certaines ressources et plus encore pour régler les problèmes
d'environnement posés par la croissance exponentielle des
déchets. Le recyclage nécessite des opérations
préalables de récupération et de transport des produits
usés ou en fin de vie, entre le lieu de la collecte et le lieu de
retraitement, qui entrainent souvent des coûts élevés.
Selon Aurélien DOUANDJI et .al[11],
la bonne gestion des déchets d'équipements
électriques et électroniques présente donc un double
intérêt, économique et écologique. Les
résultats de cette étude montrent que la mise en place d'un
système de collecte précis et fiable permettra de mieux
gérer la production exponentielle des DEEE et contribuer à la
protection de l'environnement. Tout comme les précédents auteurs,
il a proposé des pistes de solutions sur la question des déchets
à travers l'économie circulaire en mettant l'accent sur les
politiques de sensibilisation sur les enjeux du recyclage et l'implication de
tous les acteurs.
L'étude menée par RECORD[1], sur le recyclage
des panneaux photovoltaïques de fin de vie de premières et
deuxième génération montre que les cellules PV contiennent
peu de métaux stratégiques et la proportion est en baisse. Une
cellule cristalline standard contient entre 0,004 % et 0,006 % en masse
d'argent. Les déchets issus de la filière photovoltaïque
présentent des caractéristiques variées (forme, niveau de
pureté...) mais sont, par définition, de même nature. En
effet, les projets de recyclage des panneaux solaires en silicium cristallins
présentent généralement un CAPEX relativement faible et
des OPEX élevés. La rentabilité d'une installation de
recyclage des technologies cristallines pourrait s'améliorer avec le
développement des technologies permettant la récupération
de l'argent et la valorisation des wafers.
Selon le rapport de RECORD[12], sur l'état de l'art du
recyclage et du réemploi des batteries, les batteries au plomb-acide
restent de loin les plus utilisées (75% du volume des marchés de
batteries tous confondus en 2017, près de 50% en valeur). Elles sont
robustes, peu chères et facilement recyclables, même si le plomb
et l'acide utilisés17 sont potentiellement dangereux pour
l'environnement. Le recyclage des batteries au plomb est une activité
rentable. Les procédés de recyclage des batteries sont
résumés dans le tableau 1.8 ci-après :
17 L'acide sulfurique
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Tableau 1.8 : Présentation des avantages et
inconvénients des deux procédés
Procédés de recyclages Avantages
Inconvénients
|
Pyrométallurgie
|
·
·
·
|
Production d'alliage
métallique ;
Démantèlement parfois
facultatif ;
Simplicité des procédés ;
|
·
·
·
|
Energivore
Emissions des gaz
carboniques ;
Métaux récupérés
difficilement
|
|
·
|
Utilisation des composés
organiques comme source
d'énergie
|
|
récupérables entre eux
|
|
·
|
Plus sélectif pour les métaux ;
|
·
|
Procédés présentant
|
|
·
|
Rendement de recyclage élevé ;
|
|
beaucoup d'étapes ;
|
|
Hydrométallurgie
|
·
|
Meilleure valorisation des
produits ;
|
·
|
Difficultés d'accepter une
grande variabilité de
|
|
·
|
Pas d'émission gazeuse
|
|
produits entrants ;
|
|
·
|
Faible consommation d'énergie
|
·
|
Complexité des procédés
|
|
|
|
|
Pour FAURE Emmanuel et SERENI Laura[13], le recyclage des
panneaux photovoltaïques est une activité essentielle dans la
mesure où il contribue à la protection de l'environnement
à travers la réduction des dépositoires illégaux et
à la préservation des matières premières. La figure
suivante présente le processus de recyclage des panneaux
photovoltaïques : La figure 1.16 présente le synoptique du
processus de recyclage des panneaux photovoltaïques :
Figure 1.16 : Synoptique du processus de recyclage[13]
Il ressort des articles choisis des limites portant sur
l'absence d'un système d'information fiable et précis pour
contrôler les données des équipements électriques et
électroniques, d'un cadre réglementaire spécifique au
recyclage des DEEE et particulièrement des modules PV et des batteries
eu plomb-acide en fin de vie, l'implication du secteur informel dans le
processus de recyclage des déchets et le réseau de partenariat de
travail avec des systèmes volontaires de mutualisation de collecte (PV
CYCLE, CERES...).
En effet, chacune des étapes du cycle de vie d'un
module photovoltaïque est à l'origine d'un pourcentage de
déchets spécifiques (de par le procédé de
fabrication, la fragilité intrinsèque de la
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technologie, ...). Nous qualifions de déchets des
batteries au plomb-acide et panneaux des installations solaires, tous
équipements cassés, usagés, en fin de vie ou
endommagés durant le processus de production, de transport et de montage
sur le site comme le présente la figure 1.17 ci-après :
Figure 1.17 : Déchets issus de la filière
cristalline[1]
En définitive, les procédés de recyclage
à utiliser dans le cadre des batteries au plomb-acide est
l'hydrométallurgie du fait de son rendement élevé, son
taux de succès, sa faible consommation énergétique et son
faible impact sur l'environnement, et pour le recyclage des panneaux solaires.
C'est la combinaison des procédés thermique et chimique, du fait
qu'il soit maîtrisé et mature à l'échelle
industrielle. Il offre aussi le meilleur recyclage des métaux et
semi-conducteurs. Pour obtenir des meilleurs rendements du recyclage des
composants de la batterie au plomb-acide, nous pouvons aussi associer le
procédé de pyrométallurgie en raison de la
disponibilité de l'expertise locale.
I.6. Conclusion
En somme, ce chapitre dresse un état des lieux sur la
filière de recyclage. Ces informations permettent de mieux
apprécier les enjeux de la mise en place de l'usine des panneaux
photovoltaïques et des batteries au plomb-acide au Bénin. Elle nous
offre aussi la possibilité d'analyser le niveau d'information sur la
situation de la filière des déchets d'électrification par
le solaire en vue de contribuer à l'amélioration de la
qualité de vie des populations.
Ce chapitre nous a aussi donné un aperçu
général sur les procédés de recyclage et les
composants recyclables des panneaux photovoltaïques et batteries au
plomb-acide usagées ou en fin de vie. La mise en place d'une usine de
recyclage va contribuer à l'amélioration des conditions de vie
à travers la création d'emplois et à pallier aux
problèmes des matières premières. Le chapitre suivant
mettra à notre disposition des informations sur le Matériel et la
méthodologie utilisé dans le cadre de cette étude.
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CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES II.1.
Introduction
Ce chapitre, nous présente les différentes
étapes de l'approche méthodologique adoptée. Les outils de
collecte des données ainsi que les méthodes adoptées pour
l'obtention des résultats de notre étude.
II.2. Matériel
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