Méthodes pour l'analyse de cycle de vie des batteries lithium-ion des véhicules électriques

Life cycle assessment methodologies for lithium-ion electric vehicles batteries

• Auteur / Autrice : Thanh Thuy Van Dang
• Direction : Jérôme Adnot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Centre énergétique et procédés (Paris ; Fontainebleau, Seine et Marne ; Sophia-Antipolis, Alpes Maritimes ; 2004-2012)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Batteries

Automobiles électriques

Analyse du cycle de vie

Résumé

Le présent mémoire a permis la construction d'un cadre permettant d'appliquer l'approche d'Analyse de Cycle de Vie (ACV) aux différentes technologies de batteries Li-ion des véhicules électriques (VE), en prenant en compte tout leur cycle de vie (production – utilisation – fin de vie). Concrètement, il permet d'établir une base de données dédiée à la batterie, de la modéliser et de la paramétrer. D'autres difficultés méthodologiques ont été résolues : choix de l'unité fonctionnelle, modularité du produit, incertitudes sur son usage et sur sa durée de vie, règles d'allocation pour la fin de vie… L'analyse de sensibilité menée montre que les résultats sont étroitement liés aux données et aux scénarios choisis. Pour le scénario de référence, les principales conclusions sont : - Potentiel de réchauffement climatique de l'ordre de 12kg CO2/ kg de batterie (production et fin de vie). D'autres impacts environnementaux ont été également examinés. - Importance du choix des matières de la batterie, de leurs procédés d'élaboration et de la localisation des usines vis-à-vis de sa performance écologique (ex : les matières actives de la cathode). - Gain sur certains impacts du bilan ACV grâce à des matières valorisées lors du recyclage des batteries. Ce gain varie en fonction des procédés de recyclage envisagés (pyrométallurgie et/ou hydrométallurgie) et des matières récupérées. - Bénéfice écologique pour le parc VE si l'on met en place un système de gestion des batteries (ex : cas de la location des batteries) Afin de favoriser l'éco-conception des batteries, un modèle d'ACV simplifié est proposé, permettant un gain en termes de temps et de coût tout en visant la même qualité de prestation qu'une ACV détaillée.

A framework enabling an application of Life Cycle Assessment approach to various technologies of Lithium-ion Electric Vehicles batteries is created. It encompasses all the life cycle of the product (Manufacturing – Use – End of Life). More precisely, a specific LCA database for Li-ion batteries is constructed and batteries life cycle is successfully modeled. Others difficulties are discussed and solved during this works, such as the choice of batteries functional unit, system modularity, uncertainties of the Use phase and of batteries' lifetime, allocation rules for batteries End of Life… A sensibility analysis is carried out and shows that LCA results strongly depend on chosen data and scenarios. Main conclusions obtained from the base case of our studies are: - Climate change potential of a battery is about 10 - 15 kg CO2 éq/kg of batteries. This amount takes into account the manufacturing and the end of life. Others environmental impacts are also quantified (regional impacts such as acidification, eutrophisation; human toxicity and ecotoxicity…). - Batteries LCA results are sensitive regarding to the choice of its materials, of the manufacturing processes and of the geographic parameters. - Materials recovery during the End of Life phase leads to environmental benefit for the global impacts of the batteries. However, it depends on the recycling process (pyrometallurgical and/or hydrometallurgical), as well as on the nature of recovered materials. - Batteries leasing scenario can help minimizing environmental impacts of Electric Vehicles park. In order to facilitate eco-conception of Li-ion batteries, a simplified LCA model is created, which reduces times and costs of future LCA studies while ensuring the same accuracy.