Qui dit batterie dit minerais...

De tout ce qui concerne les smartphones, ordinateurs et objets connectés, c’est l’extraction de minerais qui a le plus grand impact environnemental, social, éthique. Aujourd’hui, on trouve plus de 70 matériaux différents dans un smartphone, dont une cinquantaine de métaux (deux fois plus que dans un téléphone portable de l’ancienne génération). On utilise ces composants en petites quantités et dans des alliages difficiles à recycler. Même problème dans les voitures électriques.

Les composants des batteries.

Une batterie lithium-ion contient une anode en graphite avec du lithium stocké entre les couches carbonées. Le lithium, métal alcalin, se décharge facilement d’un électron. C’est ainsi que l’électricité est produite et va circuler dans le téléphone, l’ordinateur, la voiture… Quant au lithium, il devient Li⁺, et circule dans un solvant organique comme le carbonate d’éthylène, le carbonate de propylène ou le tétrahydrofurane, jusqu’à la cathode métallique, souvent à base de cobalt. Un séparateur évite que les deux électrodes n’entrent en contact, ce qui pourrait causer un feu ou une explosion.

La batterie est déchargée quand la majorité des ions lithium positifs et des électrons sont passés du côté de la cathode. Quand on la recharge ensuite, l’électricité apportée permet la réaction inverse : les ions lithium et les électrons retournent dans l’anode.

Sony Energitech a commercialisé pour la première fois en 1991 ce type de batterie. Désormais, on utilise largement les batteries lithium-ion :

dans les équipements numériques – ordinateurs portables, smartphones, tablettes,
dans les véhicules électriques
dans le stockage de masse de l’électricité produite par des panneaux solaires ou des éoliennes
et même pour le robot Opportunity sur Mars

« lithium-ion » désigne une famille qui regroupe plusieurs technologies.

La première batterie au lithium commercialisée est la batterie LCO : au Dioxyde de Cobalt de Lithium LiCoO₂. Elle est adaptée aux smartphones, tablettes, ordinateurs portables, appareils photo.
Une Renault ZOE par exemple embarque une batterie Li-NMC (Lithium-Nickel-Manganese-Cobalt, les métaux utilisés sur la cathode). Elle contient 7 kg de lithium, 11 kg de cobalt, 11 kg de manganèse et 34 kg de nickel.
D’autres véhicules électriques embarquent une batterie LMO (cathode en Lithium et Manganèse), NCA (cathode en Lithium Nickel Cobalt Aluminium) ou LTO (avec une anode en Lithium et Titane)
Enfin on trouve des batteries LFP (cathode en Lithium Fer et Phosphore) dans des motocycles électriques.

Extraction de minerais dans le monde…

Pour commencer… Les métaux n’existent pas à l’état pur dans les gisements. Ils sont associés à un grand nombre d’autres substances. Par exemple une mine de cuivre qui est riche en contient… 2%. Une mine d’or moyenne renferme… 1 gramme d’or par Tonne de minerai. Et sur la Tonne traitée pour récupérer un gramme de métal, on va aussi jeter du mercure, de l’arsenic, de l’uranium…

Dans tous les cas, on sort des millions de Tonnes de roches de la mine. Puis, après broyage, concentration, extraction et raffinage (par des procédés souvent polluants, nécessitant beaucoup d’eau et d’énergie), on a une petite quantité de la substance recherchée et une immense quantité de déchets toxiques pour toute forme de vie et impossibles à éliminer. L’industrie minière est, de toutes les industries, celle qui produit le plus de déchets liquides, solides et gazeux. Avec des mines de moins en moins accessibles, de plus en plus difficiles à exploiter, donc besoin de toujours plus d’énergie et d’eau pour satisfaire de plus en plus difficilement une demande croissante… avec des impacts toujours plus graves, dans des zones habitées ou protégées…

Pour répondre aux objectifs du numérique, des véhicules électriques, éoliennes, panneaux photovoltaïques… la pression minière est telle que ses impacts sur la biodiversité, l’eau etc peuvent être pires que les gains acquis par des véhicules « propres » et la production d’électricité « propre ».

La planète a ses limites, on ne peut poursuivre indéfiniment une extraction « galopante » ! La quantité de métaux à produire d’ici 2050 dépasserait tout ce qu’on a extrait depuis l’Antiquité…

Le cobalt africain

Le cobalt est un composant essentiel de la plupart des batteries lithium-ion. L’essentiel du cobalt mondial provient des mines du Sud de la République Démocratique du Congo (RDC). On y rencontre des problèmes éthiques (travail des enfants, conditions de travail dangereuses) et environnementaux (pollution par les poussières de minerais et les rejets).

Le lithium sud américain

4 pays se partagent 95% de la production minière et 82% des réserves mondiales. Il s’agit de l’Australie, le Chili et l’Argentine, la Chine.

Dans le « triangle du lithium » (Chili, Argentine et Bolivie), on extrait le lithium dans les eaux saumâtres de nappes phréatiques situées entre 1,5 et 60 mètres de profondeur. Puis, comme dans des marais salants, on laisse l’eau s’évaporer dans des bassins artificiels. La saumure concentrée obtenue part dans une usine de transformation. Là on purifie le Lithium grâce à de l’eau prélevée dans des nappes d’eau douce. Au total, entre l’eau évaporée et l’eau douce pompée, il faut compter jusqu’à 1900 m³ d’eau pour produire 1 kg de lithium… Soit plus de 10.000 m³ pour une voiture électrique. Dans des zones désertiques ou subdésertiques, cela compromet la survie des populations locales. De plus, on ne respecte pas les droits des peuples indigènes vivant près des mines de lithium en Argentine

On ne consulte pas ces communautés au sujet des projets miniers sur leurs terres. On ne les informe pas non plus sur les conséquences sur leurs ressources en eau.

Les composants micro-électroniques

Les composants micro-électroniques et le câblage interne des téléphones, ordinateurs etc. sont fabriqués avec des métaux précieux : or et argent. Il en faut en moyenne, respectivement 30 mg et 300 mg dans un smartphone, soit des milliers de tonnes si on pense aux milliers de smartphones et objets connectés produits chaque année dans le monde. Et quand on pense que pour chaque gramme d’or, il faut traiter une Tonne de minerai en utilisant notamment du cyanure…

Les composants micro-électroniques et le câblage consomment aussi cuivre, platine, palladium…

Extraction des « minerais de sang »

Environ un million d’enfants travaillent dans des mines artisanales de petite taille en Asie, en Afrique et en Amérique latine. Ces mines sont exploitées de manière rudimentaire. Les enfants comme les adultes risquent de mourir ou de se blesser dans l’effondrement des fosses minières. Mais surtout, le mercure utilisé pour attirer les particules d’or pendant le traitement du minerai provoque des lésions cérébrales, des maladies cardiaques et pulmonaires et pollue durablement l’environnement. D’après Human Right Watch, environ 15% de l’approvisionnement mondial en or provient de mines artisanales de petite taille, où des enfants travaillent au lieu d’être scolarisés.

Les micro-condensateurs contiennent du tantale. La source la plus importante est le coltan extrait dans des mines de République Démocratique du Congo. Ce coltan fait partie des « minerais de sang », comme le tungstène, l’étain, et l’or. On les importe principalement de la République démocratique du Congo et de la région des Grands Lacs. Des groupes armés se disputent le contrôle de ces mines, qui financent leurs guerres. En 2015, 27 conflits en Afrique étaient liés aux ressources minières. Certes, il y a des réglementations, européennes

On soude ces composants entre eux par un alliage de plomb et d’étain.

Autres composants des équipements numériques

Pour produire les puces électroniques, on « dope » des plaquettes de silicium par des « impuretés » ajoutées : bore, indium, arsenic, antimoine, gallium, phosphore…

Le micro et le haut-parleur contiennent des aimants, généralement constitués d’un alliage de fer, bore et néodyme, qui fait partie des terres rares. L’extraction de ces minerais en Chine se fait dans des mines qui rejettent des eaux acides et des déchets radioactifs chargés en métaux lourds.

L’écran des smartphones est souvent constitué d’un verre d’aluminosilicate (un mélange d’oxyde d’aluminium et d’oxyde de silicium) avec, à sa surface, une couche d’oxyde d’indium-étain qui lui donne ses propriétés tactiles. Des terres rares, terbium, yttrium ou gadolinium, présents en faible quantité, interviennent dans la production des couleurs.

Lorsqu’elle est en métal, la coque des smartphones est le plus souvent fabriquée à partir d’alliages de magnésium. Elle peut aussi être en plastique, avec du carbone comme composé de base. Les coques peuvent aussi contenir des retardateurs de flamme, souvent à base de brome.

Compte-tenu de la grande diversité de métaux contenus dans chaque smartphone, chaque ordinateur, chaque voiture électrique… Croyez-vous possible de pouvoir bien les recycler ?…

Pour aller plus loin, je vous conseille cette conférence d’une ingénieure géologue minier, Aurore Stephant.