Cellules lithium - Quel est le problème avec le Cobalt?

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Résumé

La diminution ou l'absence totale de Cobalt dans une cellule lithium-ions est une caractéristique qui est souvent présentée comme un avantage ou une amélioration significative pour une nouvelle technologie d'accumulateurs au lithium.

Quel est donc le problème avec le Cobalt?

Un matériaux controversé

Dans le tableau périodique des éléments de Mendéléïev le cobalt porte le numéro 27, il est classé parmi les "métaux de transition". Ces propriétés physiques sont proches de celles du Fer et du Nickel, néanmoins il est chimiquement moins réactif que le fer.

Avant de lister les différents arguments critiques au niveau de son utilisation dans les batteries on peut revenir sur les principales applications du cobalt au cours des siècles.

Utilisation dès la Haute Antiquité

Dans l'Egypte antique, en Mésopotamie, en Grèce et en Chine on trouve des traces d'utilisation de peintures, émaux et vernis à base de minerai naturel de cobalt caractérisés par leur teinte bleue intense.

En Europe occidentale, des silicates et aluminates de cobalt et de potassium sont utilisés dès le III^ème siècle avec J.-C. , en particulier pour coloré le verre et l'émail.

En 1802 le chimiste français Louis Jacques Thénard fabrique et met en place la première industrialisation du "bleu de Cobalt", un pigment synthétique composé d'aluminate de cobalt. Il s'agissait de trouver une alternative au très cher pigment bleu obtenu à partir du lapis-lazuli naturel.

Le Kobold comme origine éthimologique facécieuse

Dans le folklore germanique, le Kobold était initialement une créature protectrice des foyers. Bon et dévoué pour la famille il est néanmoins menaçant pour les rivaux et étrangers au lieu qu'il habite.

On le trouve également dans le folklore minier germanique ainsi que celui des pays du Nord. On reproche à ces créatures de piller les minerais précieux (argent, cuivre) et de les remplacer par des minerais sans intérêt ou dangereux. Ces minerais sont appelés kobolt ou kobalt, ils causent des émanations toxiques, des accidents et des suffocations dans les mines.

Ces matières dangereuses présentent dans les mines sont en fait des dérivés du souffre et de l'arsenic contenant une forte concentration d'un matériau qui prendra par la suite le nom de "cobalt".

Dès le XVII^ème siècle ces déchets miniers servent à fabriquer des pigments bleu et en 1735 le chimiste suédois Georg Brandt en extrait un échantillon de métal impur qu'il nommera "cobalt". C'est lui qui fera le lien entre la couleur bleu et cet élément cobalt.

Utililsation du Cobalt

De nos jours le cobalt est utilisé en métallurgie. Allié à l'acier il lui confère une plus grande dureté et une bonne résistance aux hautes températures, nécessaire en particulier pour les outils de coupe. D'autres alliages incluant du cobalt possèdent des propriétés magnétiques remarquables, ces alliages sont utilisés pour fabriquer des aimants permanents.

Comme revêtement, le cobalt protège contre l'oxydation.

Les sels de cobalt sont utilisés pour fabriquer des encres sympathiques ainsi que du papier indicateur d'hygrométrie (la couleur vire du bleu au rose selon le taux d'humidité).

La pétrochimie est également un grand utilisateur de cobalt qui sert de catalyseur dans de nombreux procédés, dont la réaction qui permet de transformer du charbon en carburant liquide.

Finalement le cobalt trouve aujourd'hui une application dans les batteries au lithium. Le développement de ce type d'accumulateurs a débuté au milieu des années 90s. En 2022 les batteries contenant du cobalt représentait 40% de la consommation annuelle mondiale de ce matériau.

Cependant dès 2019 les grands fabricants de batterie ont commencé à travailler sur des alternatives sans cobalt, c'est en particulier le cas des batteries LFP (Lithium Fer Phosphate) qui ont aujourd'hui pris le dessus en terme de volume de production.

Parmi les différentes "chimies" utilisée pour les électrodes, le cobalt participe à celles proposant les plus grandes densités énergétiques, il y a donc des applications pour lesquelles le cobalt reste un choix privilégié.

Les problèmes que pose le cobalt

Rareté et coût élevé

Le cobalt n'est pas un métal très abondant. En 2018 le "World Material Forum" a classé ce matériau parmi les ressources critiques au vu des risques de ruptures d'approvisionnement combinées avec une haute importance industrielle.

Cette rareté en fait un métal très couteux, en 2017 le cours a atteint un sommet à 90'000$ la tonne.

De plus, 50% des ressources mondiales sont concentrées en République démocratique du Congo dont la situation politique pourrait devenir instable. Ainsi le coût pour les batteries est non seulement élevé mais également volatile et imprévisible.

Impact environnemental

L'extraction minière a un fort impact sur la déforestation, la dégradation des sols ainsi que la pollution des eaux par des produits chimiques utilisés dans le processus minier.

Problèmes étiques

Plusieurs études d'ONGs relèvent les conditions de travail extrêmement précaires en République démocratique du Congo, avec en particulier la présence massive de clandestins et d'enfants. Cette production est achetée par plusieurs dizaines de fabricants de batteries qui ne respectent pas leur devoir de diligence en matière de droits humains.

Perspectives

Aujourd'hui, de nombreux développements visent à se passer du Cobalt, en particulier dans l'industrie des véhicules électriques. Cette tendance est également soutenue par d'autres arguments, tels que la dangerosité de certains types de cellules lithium utilisant du cobalt (NMC, NCA,...).

A ce jour, le cobalt participe aux "chimies" proposant la plus grande densité énergétique. Il garde donc un intérêt déterminant pour certaines applications. D'ici à ce que de nouvelles technologies sans cobalt et à forte densité énergétique soient matures, sont exploitation, de manière responsable et éthique, doit s'imposer et susciter la vigilance des consommateurs.