III- Quelles sont les différences d'un point de vue environnemental ?
A) Les problèmes environnementaux causés par les piles et les batteries
En 2003, l'association Robin des Bois avait trouvé un cimetière de pile sur un site d'usine au Calvados en France. Cela avait provoqué un énorme scandale. En effet que ce soit les piles ou les batteries, elles peuvent représenter un danger réel et important en matière de santé publique et en matière d’écologie à cause d'une part, des métaux lourds qui les composent et d'autre part, du fait qu’elles sont aussi composées de métaux.
1) Problèmes environnementaux
L'un des problèmes de la pile et de la batterie est le fait qu'elles utilisent des composés (métaux notamment) qui ne se renouvellent pas à l'échelle humaine.
Par exemple, le zinc utilisé comme anode dans les piles alcalines, peut amener à disparaître dans 20 à 50 ans, à cause de l'épuisement des stocks disponibles et de notre façon de consommer. En effet, à part dans le secteur des piles, c'est un matériau qui est utilisé dans de nombreuses autres activités humaines telles que dans la fabrication des alliages pour les pièces d'automobiles, ou pour les toitures des toits et pour les gouttières... En France, nous utilisons 4500 tonnes de zinc par an.
Ou autre exemple, le lithium, un des constituants des accumulateurs, est le 33ème le plus abondant de la Terre on en trouve donc dans des proportions limitées. En 2009, l’USGS estimait à environ 11 millions de tonnes de lithium mais d’autres instituts estiment que ce matériau est moins abondant ce qui fait que plus tard, il risque d’en manquer si on continue à l’utiliser comme actuellement. De plus on l'utilise de plus en plus dans les batteries qui deviennent de plus en plus courantes.
Non seulement ces composants risquent de manquer mais en plus ils peuvent polluer l’environnement, c’est-à-dire les sols, les eaux et les êtres vivants. Cette pollution peut se manifester de plusieurs façons :
Quand on jette dans la nature des piles l’oxydation de l’enveloppe fragilise celle-ci les métaux se répandent soit dans le sol et atteignent, par infiltration, les nappes phréatiques, ou soit dans les rivières par l’intermédiaire du lessivage des sols par les pluies. Par exemple, le mercure peut contaminer 400 L d’eau avec seulement 1g.
Quand on les brûle, la combustion va libérer quelques produits polluants sous forme de gaz qui ont pour origine le lithium, le zinc... Ces combustions ont lieu si les piles et accumulateurs ne sont pas triés.
Une estimation a été faite : 280 tonnes de piles et 1000 tonnes de batteries en tous genres s'entasseraient et seraient livrés aux intempéries, ce qui est considérable.
Ces pollutions ne sont pas sans conséquence sur les êtres vivants (plantes et animaux confondus) qui assimilent ces métaux par contact ou par l’intermédiaire de leurs nourritures et provoquent ainsi l’accumulation de ces métaux, par bioaccumulation, dans certains organes (tels que les reins ou le foie) pour les humains
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exemple de chaine alimentaire commençant par
les plantes qui absorbent l'eau des nappes phréatiques jusqu'à l'aigle
Le document ci-dessus, nous montre une chaîne alimentaire constituée de plantes, de chenilles, de moineaux et d'aigle.
Cette dernière nous fait remarquer que les animaux présents en haut de cette pyramide comme le moineau ou l'aigle, vont recevoir, par conséquent, des concentrations de mercure de plus en plus élevé : on parle alors du phénomène de bioamplification.
2) Dangers pour l’homme
Les métaux lourds ayant des propriétés toxiques, peuvent être plus ou moins dangereux pour l’homme. Ils peuvent l’atteindre des manières suivantes :
Facteur d’intoxication pour l’homme
Prenons l’exemple du mercure : d’après l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) le niveau de tolérance pour un adulte a été plafonné à 0.2 mg de mercure par jour. A température ambiante, le mercure est un métal liquide qui se vaporisant facilement peut être respiré et il peut aussi être absorbé par l'intermédiaire de la nourriture. Ces absorptions peuvent causer des problèmes rénaux tels qu'une insuffisance rénale ;et agir sur le système neurologique pouvant provoquer des troubles plus ou moins graves comme des tremblements, des difficultés d'élocution …, des douleurs abdominales. En grande quantité, le mercure peut même aller jusqu'à entraîner la mort de la personne.
Il faut aussi remarquer qu'un enfant en bas âge est plus vulnérable : si il mange à petite dose de la nourriture empoisonnée au mercure (élément présent en traces dans les piles alcalines, c’est-à-dire, moins de 0,0005% du volume) mais qui recommence plusieurs fois, sa vie peut être mis en danger plus rapidement qu’un adulte car le seuil d’absorption est beaucoup moins importante qu'un adulte. Cela permet de montrer la vulnérabilité des enfants face à ces métaux lourds et donc les conséquences importantes.
Conclusion :
Malgré leurs utilités, les piles et les accumulateurs peuvent, en raison de la toxicité de certains constituants, représenter un réel danger pour l’environnement. Du fait de l’utilisation de constituants dont les ressources sont non renouvelables, la fabrication des piles est menacée pour les générations futures. Mais aujourd’hui, nous pouvons limiter ceci par le moyen suivant : le recyclage.
B) Recyclage des piles alcalines et salines et de la batterie à lithium
1) Les bases du recyclage des piles et des accumulateurs
Il faut tout d’abord savoir qu’il existe 3 types de recyclage :
- Le recyclage chimique : il utilise des réactions chimiques afin de traiter les déchets
- Le recyclage mécanique : il est du à la transformation des déchets par une machine (exemple : le broyeur)
- Le recyclage organique : il consiste à fabriquer des engrais ou du carburant (exemple : biogaz), avec le compostage (conservation des matières organiques),ou encore de la fermentation ( conversion de l’énergie contenue dans une source de carbone)
Remarque : Dans le cas des piles et des batteries, on utilise deux types de recyclages qui sont le mécanique et chimique pour tous les procédés.
De plus il existe en tout 3 procédés différents :
- L’hydrométallurgie : traitement chimique permettant la transformation des métaux en solution ; une étape de broyage et de tri, pour séparer notamment les éléments organiques des éléments métalliques, est préalablement nécessaire ;
- La distillation et la pyrolyse : décomposition chimique obtenue par chauffage en l’absence d’oxygène, pour traiter en particulier les piles à forte teneur en mercure ;
- La pyrométallurgie : récupération des métaux par incinération. Les métaux, qui ont des points d’évaporation différents, sont récupérés grâce à des systèmes de condensation et de lavage des fumées. Dans ces deux derniers cas, les déchets de piles après tri sont introduits en l’état dans le four.
Source : www.amisdelaterre.org
Remarque : Nous voyons que les piles alcalines et les accumulateurs au lithium se recycle de la même façon par l’hydrométallurgie donc nous étudierons que le traitement par hydrométallurgie.
L’hydrométallurgie se résume en 3 étapes :
· lixiviation ou dissolution : mise en solution des différents métaux
· purification : séparation des différents métaux entre eux
· électrolyse : récupération du métal voulu sous forme métallique
La lixiviation est faite avec un acide tel que l’acide sulfurique (H2SO4 ) ou avec un oxydant tel que le chlore . Les métaux en solution sont sous forme ionique.
La purification se fait par extraction par solvant, par cémentation ou par précipitation. Le choix d'une de ces techniques est conditionné par l'élément à séparer, par sa quantité et par la "chimie" utilisée : voie sulfate, voie chlorure.
Une fois une solution pure obtenue (un élément chimique) , l’électrolyse est faite pour récupérer cet élément.
Source : www.wikipedia.fr
2) Le recyclage des piles alcalines et des accumulateurs au lithium-ion en plusieurs étapes
Le recyclage des piles et des batteries est séparé en plusieurs étapes :
- La collecte (en grandes surfaces, dans plusieurs lieux publiques, etc. …) : chaque citoyen peut déposer ses piles dans ce type de conteneurs :
Source : www.notre-planete.info
- Le regroupement : les piles et les batteries sont regroupées en grande quantité pour en récupérer un maximum en une fois ce qui permet d’éviter beaucoup de déplacements en véhicule (donc moins polluant) dans des centres de regroupements situés sur cette carte pour l’industrie SCRELEC :
Source : www.screlec.fr
- Le tri : Les piles alcalines, salines et les batteries au lithium sont envoyées vers un centre de tri qui les sépare si se sont des piles ou des accumulateurs et des matériaux les constituants.
Exemple pour SCRELEC de la répartition géographique des centres de tri et de traitements
Source : www.screlec.fr
- Le traitement des piles alcalines et des accumulateurs au lithium est le même dans le cas de l’hydrométallurgie, il se résume à ce schéma :
- La valorisation : c’est-à-dire soit la création d’un nouvelle objet remis en vente ou soit la récupération de matières premières puis la vente à plusieurs usines (surtout en métallurgie).
Il peut se voir par ce schéma pour les batteries au lithium :
Le schéma suivant résume le recyclage des batteries au lithium
Source : www.recupyl.fr
Conclusion :
Nous avons vu en premier temps que piles et accumulateurs peuvent se recycler de façons différentes mais l’hydrométallurgie est une technique commune aux piles alcalines etauxbatteries lithium-ion.
Puis dans un second temps, nous avons observé que du fait deleur composition différentes les piles alcalines et les batteries lithium-ion se recyclent chacune de leur côté et que leur valorisation n’a pas un même but.
Le recyclage de la pile et de la batterie pose un problème en général qui est la difficulté du recyclage du mercure dangereux pour la santé (cf partie précédente) même sila teneur par pile est faible, sur un grand nombrele taux de mercure devient assez conséquente.
Il faut savoir aussi que le coût de l'opération n'est pas négligeable : il est de 1400 euros/la tonne. Chaque année, l'Etat et les industriels consacrent ainsi 20 milliards d'euros pour le tri et le recyclage.
