Etape de fabrication

Le concepteur commence à faire varier des paramètres associés à l’étape de fabrication. En effet, il a pu constater qu’une grande partie des impacts environnementaux de la batterie sont liés à des paramètres associés à la fabrication de cellule s Li-ion (LFP dans ce cas). Les principaux paramètres clés, affichés en différents tons de rouge dans la vue fabrication (Figure 5.1) et la vue économique (Figure 5.2), sont le cuivre utilisé dans l’anode, l’énergie d’assemblage, l’énergie du procédé de fabrication, le solvant NMP, etc.

Les paramètres modifiables de cette étape—et pour cet exemple— sont :

 Le procédé de fabrication LFP (procédé « hydrothermal » ou procédé «

solid-state »),

 Le solvant de fabrication (NMP ou solvant aqueux) et,  Le lieu de fabrication (Chine ou France).

Figure 5.2. Vue économique du MPE d’une batterie Li-ion (technologie LFP). Détail sur la partie coûts de fabrication.

2.2.1.1 Procédé de fabrication

Deux options sont prévues pour ce paramètre : le procédé « hydrothermal » et le procédé « solid-state » (Dunn et al., 2015). On suppose que le procédé « hydrothermal » induit en général plus d’impacts que le procédé « solid-state » (Tableau 5.2). Les coûts de fabrication par batterie sont respectivement de 467 et 380 € pour le procédé « hydrothermal » et « solid-state », (Tableau 5.1).

2.2.1.2 Solvant de fabrication

Indépendamment du procédé de fabrication, deux options de solvant utilisé pour la préparation de la pâte cathodique sont prévues : solvant NMP ou solvant aqueux. Le NMP est largement plus impactant que le solvant aqueux, comme indiqué dans la section 2.1.1.3 du Chapitre 4 (Tableau 5.2). Le prix du solvant aqueux est inférieur à celui du NMP. Les coûts des procédés hydrothermal et « solid-state », utilisant un solvant aqueux, sont respectivement de 397 € et 323 € (Tableau 5.1).

2.2.1.3 Lieu de fabrication

Deux options sont prévues pour le lieu de fabrication : Chine et France. Ce paramètre est un des principaux paramètres clés de la batterie Li-ion (il est affiché dans la vue environnement du MPE comme dans les « top paramètres clés »). La fabrication en France rapporte une grande diminution des impacts environnementaux globaux mais augmente fortement les coûts de fabrication (Tableaux 5.1 et 5.2).

Ces trois paramètres clés modifiables a priori affectent seulement l’étape de fabrication ; ce sont des paramètres non-partagés par d’autres acteurs lors d’autres étapes du cycle de vie.

Coûts en France, € Avec NMP Avec solvant aqueux

Fabrication hydrothermal 2568 2183 Fabrication « solid-state » 2090 1776

Coûts en Chine, €

Fabrication hydrothermal 467 397

Fabrication « solid-state » 380 323

Tableau 5.1. Résumé des coûts de l’étape de fabrication des cellules LFP pour différentes valeurs des paramètres modifiables.

Impacts environ. en France Avec NMP Avec solvant aqueux

Fabrication hydrothermal Elevés Modérés Fabrication « solid-state » Modérés Bas Impacts environ. en Chine

Fabrication hydrothermal Très élevés Elevés Fabrication « solid-state » Elevés Modérés

Tableau 5.2. Résumé des impacts environnementaux de l’étape de fabrication des cellules LFP pour différentes valeurs des paramètres modifiables.

2.2.1.4 Modification des paramètres de fabrication

Le concepteur utilise le MPE pour comparer les répercussions des différentes options de conception envisagées dans les paragraphes précédentes. Pour réaliser une comparaison judicieuse il leur faut établir un « état de référence ». Il s’agit de donner des valeurs « initiales » aux paramètres modifiables, définir des valeurs par défaut. Pour cet exemple nous avons choisi une fabrication en Chine, avec un procédé hydrothermal et utilisant du NMP. Nous aurions pu choisir d’autres valeurs pour l’état de référence, cela n’aurait pas affecté le fonctionnement du MPE. Dans les Tableaux 5.1 et 5.2 l’état de référence est marqué en caractères gras. Les coûts de fabrication de référence pour une batterie LFP sont de 467€ et leur impact environnemental est « très élevé ». L’état de référence est représenté dans Figure 5.3, où les vues de fabrication, environnement et économique sont représentées. La vue recyclage du MPE n’est pas représentée parce que les variations des trois paramètres modifiables sélectionnés n’affectent pas cette vue et donc l’étape de fin de vue. La vue performance et générale ne sont pas non plus représentées.

Le concepteur fait varier les valeurs de ces trois paramètres modifiables et il observe l’évolution des impacts environnementaux et les conséquences économiques. D’abord il identifie la consommation d’énergie pour l’assemblage des cellules comme un des principaux paramètres clé, qui peut être indirectement modifié grâce au paramètre « lieu de fabrication ». Le paramètres « Conso. énergie assemblage » apparaît dans la vue environnement comme un des plus importants paramètres clé, et ceci pour plusieurs indicateurs. Le concepteur décide de situer la fabrication en France (Figure 5.4). Cette décision rapporte une grande diminution des impacts environnementaux. Le paramètre « Conso. Energie assemblage » devient rouge clair et d’autres paramètres affichés dans la vue environnement deviennent des paramètres clé (par exemple, le solvant NMP devient le deuxième paramètre clé pour l’indicateur ADP et le cuivre le premier paramètre clé pour l’indicateur Acidification). Ainsi, des nouveaux paramètres clé apparaissent dans la vue environnement lors de la disparition de « Conso. Energie assemblage », comme le cuivre

dans Eutrophisation et le solvant NMP dans le Réchauffement Climatique, l’Energie non-renouvelable et l’Ecotoxicité aquatique.

La modification du lieu de fabrication a aussi des fortes répercussions économiques. Les coûts de fabrication ont augmentés jusqu’à 1776 € par batterie LFP (5,5 fois plus élevés par rapport à l’état de référence). Cette configuration de paramètres, même si elle apporte une amélioration environnementale, ne paraît pas adéquate à niveau économique. Par conséquent le concepteur va essayer une autre configuration des valeurs des paramètres afin de concilier les aspects environnementaux et économiques.

Le concepteur retourne visualiser l’état de référence et modifie cette fois le type de procédé de fabrication des cellules (Figure 5.5). Quand il sé lectionne le procédé de fabrication « solid-state » les impacts environnementaux diminuent légèrement et les coûts de fabrication diminuent aussi—380 € face aux 467 € --, par rapport à l’état de référence. Les impacts n’ont pas assez diminué pour modifier l’ordre d’importance des paramètres clé dans la vue environnement. Ils restent les mêmes et ont le même ordre que pour l’état de référence. Le choix du concepteur est de rester sur ces valeurs de paramètres parce que cela n’apporte que des bénéfices.

Ensuite, il décide de changer le solvant NMP par un solvant aqueux, tout en gardant le procédé « solid-state » et la fabrication en Chine (Figure 5.6). Les impacts environnementaux ont encore diminué sensiblement de même que les coûts de fabrication –jusqu’à 323 € --. Dans la vue environnement le « top paramètres clé » a de nouveau changé lors de cette modification de la valeur du solvant. Le solvant NMP n’apparaît plus dans la vue environnement donc d’autres paramètres ont pris sa place et des nouveaux paramèt res clé apparaissent aussi (le matériau actif cathodique LiFePO4 dans l’indicateur Réchauffement climatique). Le concepteur décide de garder cette valeur pour le paramètre solvant de fabrication (solvant aqueux), parce qu’il apporte une amélioration au niveau des impacts et au niveau des coûts.

Figure 5.3. MPE Batterie Li-ion. Détail sur les vues économique et fabrication. Etat de référence : fabrication en Chine, utilisant un traitement « hydrothermal » et du solvant NMP.