Avec 400 modèles annoncés, les ventes de voitures électriques [(VE), Electric Vehicle (EV), ndlr] devraient passer la barre des 25 millions en 2025, soit 22,4% des ventes mondiales d'automobiles, selon Frost & Sullivan. De quoi booster, d'après l'institut européen EIT InnoEnergy, le marché de la batterie pour EV, à 250 milliards d'euros par an à partir de cette date !

Pour faire face à cette gigantesque demande, les fabricants de cellules pour batteries se rangent en ordre de bataille pour que décolle leur production annuelle de 34,7 GWh (EV Sales Blog) en 2017 à 300 GWh en 2025 (EIT InnoEnergy). Sachant qu'une batterie de 100 kWh, comme celle des Tesla, embarque 7.000 cellules lithium-ion (Li-ion). Annonciateur d'un changement de paradigme vers l'automobile décarbonée et, en seconde vie, vers le stationnaire, ce marché est largement dominé par les japonais Panasonic, AESC (alliance Nissan-Nec), Toshiba et Toyota, mais aussi par les coréens LG Chem, Samsung SDI et SK Innovation ainsi que par les Chinois CATL, BYD et GS Yuasa.

Dans le sillage de la "Gigafactory" [usine géante] de Tesla en construction dans le Nevada (le plus grand bâtiment au monde) qui devrait fournir 35 GWh cette année à partir des cellules de Panasonic (50 GWh prévus en 2020), plusieurs dizaines d'usines géantes de fabrication de cellules pour batteries sont annoncées en Asie, en Europe et aux États-Unis. D'ailleurs, Tesla a également annoncé deux autres projets de batteries à Shanghai et en Europe. Ticket d'entrée : de 297 millions d'euros à 4,2 milliards d'euros par usine ! Témoin, le chinois BYD ouvre l'an prochain son usine de 24 GWh (à terme, 60 GWh) à Qinhai, où se trouvent 83% de la production chinoise de lithium.

Après avoir levé avec Goldman Sachs deux milliards de dollars grâce à la vente de 10% de son capital social (20 milliards), CATL, le champion chinois, s'apprête à devenir le plus gros producteur mondial de cellules en quintuplant sa capacité de production de cellules, à 88 GWh par an dès 2020. Sa prochaine Gigafactory de 25 GWh, à Huxi, sera la seconde en taille dans le monde près celle de Tesla. Selon Bloomberg, celle-ci va alimenter les constructeurs chinois d'EV (BAIC Motor, Zhengzhou Yutong Group...) ainsi que BMW, Honda, Hyundai, Nissan, Toyota, Volkswagen, implantés en Chine. Qui plus est, CATL compte ouvrir une autre usine en Allemagne pour y vendre ses cellules, entre autres, à Lamborghini, Mercedes-Benz, Porsche et Volkswagen.

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[En construction depuis 2014 dans le Nevada (Etats-Unis), la "Gigafactory" de Tesla sera le plus grand bâtiment du monde. Crédit : Tesla]

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Dans le sillage de la "Gigafactory" de Tesla, plusieurs dizaines d'usines géantes sont annoncées

Le top départ de la course des géants est donné pour inonder le marché européen. Après Ulsan en Corée du Sud et Xian en Chine, Samsung SDI investit 304 millions d'euros à Göd (Hongrie) dans une usine d'une capacité de 2,5 GWh (50.000 batteries par an, de 50 kWh). Plus ambitieux, LG Chem met sur la table 1,36 milliard d'euros à Wroclaw en Pologne dans une usine de 4 GWh qui devrait ouvrir en 2019. À terme, elle fabriquera 280.000 batteries par an. Quant à l'usine hongroise de SK Innovation à Komáron (600 millions d'euros pour une capacité de 7,5 GWh), elle entrera en production en 2020 et pourra équiper 200.000 voitures en batterie de 3e génération, d'une autonomie de 500 km.

Face à ces offensives, les industriels européens doivent bâtir d'urgence un "Airbus de la batterie". Tel est, du moins, le vœu qu'exprimait en février dernier le slovaque Maros Sefcovic, vice-président de la Commission européenne, lors des Journées de l'industrie organisées par la EU Battery Alliance (EBA) :

« Nous voulons, presque à partir de zéro, créer en Europe une fabrication compétitive et durable de cellules de batterie. Pour capter une grande partie de ce marché, nous avons besoin de dix à vingt usines Giga en Europe. L'investissement requis est d'environ 20 milliards d'euros. »

Une somme censée être à la portée de l'Europe dans le cadre du plan Juncker qui, rappelons-le, mobilise 250 milliards d'euros.

À l'heure actuelle, le projet européen d'usine à batteries le plus avancé est celui d'Accumotive, filiale de Daimler, qui bénéficie d'un investissement de 527 millions de dollars et emploie 1.000 salariés à l'usine de Kamenz (Saxe). Celle-ci devrait commencer à produire d'ici à la fin de l'année sur 80.000 m² les batteries des EV de Mercedes-Benz. Une autre usine est en cours de construction sur le site de Mercedes à Untertürkheim (Bade-Wurtemberg).

Plusieurs "Airbus de la cellule"

À côté d'Accumotive, on voit émerger non pas un mais trois "Airbus de la cellule". Le premier consortium (ABB, Siemens...) est porté par la startup Northvolt à Skellefteå à proximité des gisements de cobalt, graphite, lithium et nickel du nord de la Suède. Dirigée par Peter Carlsson et Paulo Cerruti, deux anciens de Tesla qui ont déjà levé 200 millions d'euros, Northvolt cherche à ériger la plus grande usine de batteries Li-ion d'Europe (3,7 milliards d'euros) sur 500.000 m². Avec un premier objectif de lever 1,5 milliard d'euros, grâce au support de BNP Paribas et Morgan Stanley, le site de Skellefteå pourrait produire 8 GWh dès le printemps 2020 et atteindre 32 GWh en 2023.

De son côté, le projet allemand TerraE vise les 34 GWh de capacité annuelle à l'horizon plus lointain de 2028. Parmi les fondateurs de TerraE, figurent Ulrich Ehmes, ancien président du conseil de surveillance de Leclanché SA et Sven Bauer, PDG de BMZ Holding GmbH, premier fabricant européen de modules de batteries industrielles. Le projet s'appuie sur "KliB", le réseau de compétences allemand sur les batteries Liion, qui regroupe 45 entreprises et institutions. La société fonctionnera avec deux usines qui agiront comme des « fonderies ». Autrement dit, elle fabriquera des produits à façon, en fonction des spécifications des clients. Aujourd'hui, le projet en est au stade des discussions avec les clients potentiels.

Reste que, pour bien des acteurs, les Européens ont déjà perdu, face aux Asiatiques, la bataille du Li-ion à électrolyte liquide, l'actuelle technologie la plus employée, qui ne cesse de s'améliorer.

« Notamment en réduisant la part de cobalt sur l'électrode positive et en rajoutant du silicium sur l'électrode négative afin de gagner 20% à 30%, précise Florence Lambert, directrice du Liten, un laboratoire du CEA qui emploie 1.000 chercheurs sur les énergies nouvelles, dont 200 sur les batteries. Pour les cinq années à venir, nous avons une feuille de route autour du Li-ion. À moyen terme, nous nous orientons aussi vers les cellules Li-ion de nouvelle génération à électrolyte solide (Solid State) qui pourraient doubler l'autonomie des cellules. Lesquelles utiliseront électrolytes polymères, inorganiques (cristallins ou amorphes), ou composites (inorganiques et polymères). »

D'où l'intérêt du troisième "Airbus de la cellule". Emmené par le français Saft (racheté par Total en 2016), celui-ci embarque, entre autres, le chimiste franco-belge Solvay ainsi que les allemands Manz (processus chimiques) et Siemens. Ambition : lancer à l'horizon 2025 une usine d'une capacité de 1 GWh.

Autre intérêt du tout solide : les cellules ont moins de risque de s'enflammer. « Cependant, il y a encore d'énormes problèmes à surmonter : aux interfaces entre les électrodes et l'électrolyte, des réactions chimiques secondaires conduisent à un mauvais fonctionnement de l'accumulateur », prévient Jean-Marie Tarascon, professeur au Collège de France et président du Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), un réseau du CNRS qui fédère une quinzaine d'industriels ainsi que 17 laboratoires et universités.

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[Avant de passer aux batteries automobiles, Tiamat teste ses cellules 18/650 sur les trottinettes. Crédits : Tiamat]

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Le défi des startups

Pour sa part, la startup californienne Fisker Inc veut talonner Tesla et les fabricants de cellules grâce à son directeur technique, Fabio Albano, qui phosphore sur le sujet depuis quinze ans. Ses cellules à électrodes tridimensionnelles annoncent une densité énergétique 2,5 fois supérieure à celle du Li-ion liquide. La société espère que cette technologie fournisse une autonomie de 800 km avec une seule charge.

« Pour l'heure, nous fabriquons nos cellules prototypes à la main. Nous sommes en discussion pour disposer d'une ligne de production prototype l'an prochain afin de démarrer la fabrication de nos premières batteries automobiles en 2020, précise à La Tribune Henrik Fisker, le président fondateur. Nous voulons être un constructeur automobile, notamment avec notre voiture de sport de E-Motion, pas un fabricant de cellules. Nous licencierons notre technologie... mais pas à Tesla ! »

En France, la startup Tiamat, portée par le RS2E, se base sur une technologie Na-ion (au sodium) qui s'affranchit du lithium et du cobalt pour la mobilité électrique et le stockage stationnaire. Un avantage économique énorme sachant que le cours du cobalt utilisé dans les batteries Li-ion oscille entre 60.000 et 95.000 euros la tonne !

« Avec notre technologie, la recharge est dix fois plus rapide (5 à 10 minutes). Du coup, la batterie peut avoir des dimensions réduites. Une autonomie de 200 km suffit », indique Laurent Hubard, le PDG de Tiamat qui, fort d'une dizaine de brevets, vient de lever plus de 3 millions d'euros.

Cette technologie entre déjà dans le format industriel des cellules 18/650 (18 mm de diamètre, 650 mm de hauteur) compatible avec tous les grands projets de gigafactories européens actuels, sans bouleverser leurs processus. Hébergée au Laboratoire de réactivité et chimie des solides d'Amiens, la startup bénéficie d'un prototype de fabrication industrielle des cellules. Avant de passer aux batteries automobiles, Tiamat teste ses 18/650 dans des trottinettes et bientôt sur des scooters électriques en conditions réelles.

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Lire la seconde partie : "Renault lance un programme de stockage stationnaire"