Depuis la fin des années 2010, le nombre de vélos à assistance électrique en libre-service augmente considérablement. Plus rapides que les vélos mécaniques pour moins d’effort, les opérateurs des systèmes de vélos en libre-service voient leur taux de rotation exploser. Pour autant, la batterie, composante principale du véhicule permettant de générer l'assistance électrique, a instauré de nouvelles problématiques opérationnelles et environnementales. Conception, fabrication, revalorisation, recyclage, les opportunités quant à la réduction de l'impact environnemental sont bien existantes.

Dans cet article, Qucit vous propose de revenir sur l’envers du décor de cette révolution électrique avec la participation de Nowos, entreprise spécialisée dans la réparation des batteries lithium-ion depuis 2019.

Pour en savoir plus sur l’essor des systèmes de vélos électriques en libre-service : ici

Les vélos à assistance électrique (VAE) en libre-service ont le vent en poupe ! En effet, le nombre de systèmes de VAE en libre-service ne cesse d’augmenter. Selon l’étude de l’ADEME, en France en 2020, les VAE représentaient 32,5% de la flotte des vélos en libre-service, contre 0% en 2015.

Quel est l’intérêt des vélos électriques en libre-service ?

Les vélos à assistance électrique en libre-service présentent de nombreux avantages :

Les VAE sont utilisés sur de plus longues distances : sur le système mixte Vélib mêlant vélos mécaniques et électriques, les VAE parcourent en moyenne par trajet 3,1 km contre 2,5 km pour les vélos mécaniques (source : Vélib).

Les VAE attirent de nouveaux usagers car les trajets sont plus rapides, moins fatigants et permettent de parcourir plus de kilomètres sans effort.

Les VAE ont également un impact sur l’utilisation de la voiture. Si 183 km/mois de voiture sont évités par les usagers d’un vélo en libre-service classique, ce chiffre passe à 236 km/mois pour les usagers d’un vélo à assistance électrique (source : ADEME).

Enfin, les exploitants des systèmes de vélos en libre-service observent un taux de rotation plus important pour les véhicules électriques. En effet, sur le système mixte Vélib en 2021, un vélo à assistance électrique fait 15 à 16 rotations par jour, tandis qu’un vélo mécanique en fait 9 (source : Vélib).

De quoi se compose la batterie d’un vélo électrique ?

La batterie d'un véhicule électrique contient quatre éléments :

Les cellules
Le câblage
Le boîtier
La carte mère

Les cellules sont les accumulateurs de la batterie. Elles jouent le rôle de réservoir d’énergie et sont assemblées à l’aide d’un câblage précis. Le boîtier fait office de contenant pour l'accumulateur. Son autre tâche consiste à amortir du mieux possible la batterie en cas de choc. La carte mère est l’élément qui contient la programmation du vélo à assistance électrique. On y retrouve la partie de l’intelligence qui effectue les calculs pour rétribuer, de la meilleure manière possible, l’assistance sans pour autant entacher l’autonomie du vélo électrique. Il est important de souligner que certaines conceptions de batteries sont plus poussées et disposent de davantage de composants.

Quel est le cycle de vie d’une batterie dans la mobilité partagée ?

La production

La production des batteries électriques passe par cinq grandes étapes :

L’extraction minière des matières premières

Pour fabriquer les batteries en lithium-ion, l’extraction du lithium, du cobalt et du graphite sont nécessaires. Toutefois, cette extraction pose des problèmes environnementaux et sociaux majeurs.

En effet, l’industrie minière consomme beaucoup d’eau. A titre d’exemple, environ deux millions de litres d’eau sont évaporés pour produire seulement une tonne de lithium. Cette consommation d’eau excessive assèche les régions où sont extraits les minéraux.

Les sulfures libérés par l’exploitation des mines de cobalt participent à la pollution locale de l’eau.

Certaines mines artisanales de cobalt en République Démocratique du Congo, qui représente 66% de la production du minerai, sont exploitées par des enfants dans des conditions dangereuses.

Mine de lithium — Credits : The Detroit Bureau

2. Le raffinage des matières premières

Une fois les minerais extraits, les raffineries les achètent pour les purifier et les transformer en produits à valeur ajoutée tels que l’hydroxyde de lithium, le sulfate de cobalt ou encore le carbonate de lithium.

3. La fabrication des composants de cellules

Ces matières sont combinées entre elles et mélangées à certains additifs pour fabriquer les composants des cellules à batterie.

4. La fabrication des cellules

Les cellules sont fabriquées majoritairement en Asie. La Chine détenait à elle seule 41% de la production mondiale de cellules en 2014, suivie par le Japon (21%), la Corée (17%) et les Etats-Unis (17%). L’Union Européenne ne représente que 5% du marché mondial de la production de cellules. En 2022, le marché est toujours largement dominé par ces trois pays asiatiques, notamment par trois entreprises : le chinois CATL, le sud-coréen LG Chem et le japonais Panasonic.

5. La fabrication des blocs batterie

Après avoir été testées, évaluées et triées, les cellules sont livrées chez les fabricants de blocs-batteries où elles sont assemblées en un produit final qui répond aux spécifications techniques, environnementales et sécuritaires de l’utilisateur final.

L’utilisation

Les taux de rotation très élevés des vélos électriques en libre-service ont induit une nouvelle problématique pour les exploitants : faire en sorte que les batteries des VAE soient toujours chargées pour offrir le meilleur service aux usagers. Pour cela, les opérateurs ont le choix entre les bornes de recharge ou l’échange de batterie, plus communément appelé battery swap.

*Credits : Toronto Bike Share - Shift Transit*

Les bornes de recharge permettent de recharger les véhicules après leur utilisation. Elles nécessitent que l’utilisateur ramène le vélo à une station pour que la recharge puisse se faire.

A l’inverse, le battery swap ne dépend pas de l’utilisateur mais d’une équipe technique de l’opérateur dont le travail sera d’échanger les batteries déchargées des véhicules contre des batteries pleinement chargées.

L’avantage du battery swap réside dans la pleine disponibilité du véhicule une fois l’opération effectuée. La recharge dans une borne, quant à elle, va nécessiter un temps plus long pour atteindre la charge maximale. Toutefois, le battery swap nécessite la mobilisation d’une équipe technique, engendrant des coûts d’exploitation plus importants. De plus, il est nécessaire de sensibiliser les équipes et d'assurer leur certification ADR 1.3. Dans un cadre professionnel, cette certification est obligatoire pour le transport de batteries sur la route et ce, dès le transport d’une seule batterie.

La durée de vie d’une batterie lithium-ion est étroitement liée à plusieurs facteurs :

La qualité de la technologie de la batterie et des cellules qui la composent.
L’entretien via les recharges régulières, la maintenance et les règles de stockage.
L’utilisation de la batterie. En effet, pour un vélo à assistance électrique à usage personnel, on estime la durée de vie d’une batterie de 5 à 6 ans. Au-delà de cette période, la batterie continue de fonctionner mais sa capacité se réduit avec le temps, avec des recharges de plus en plus fréquentes. Dans le cadre d’une utilisation intensive, à l’image des VAE en libre-service, le nombre de cycles de charge va être plus rapidement atteint et la batterie va s’user plus facilement.

Ainsi, quand la batterie est en fin de vie, à savoir lorsqu’elle a perdu 20% de sa capacité initiale, elle ne peut plus être utilisée dans une flotte de vélos partagés. Cependant, sa durée de vie peut être prolongée grâce à la réparation.

La réparation

Dans l’industrie des batteries électriques, la réparation des batteries lithium-ion est un secteur récent. Nowos, entreprise néerlandaise créée en 2019, est le seul acteur européen à réparer les batteries avec des cellules d’origine, dans le respect des normes mais aussi du cahier des charges du fabricant.

Si Nowos a plusieurs domaines d’activité directement liés à la batterie tels que la formation sur le transport des batteries, le conseil et l’ingénierie pour concevoir une batterie plus réparable, ou encore la logistique des matières dangereuses, le cœur de métier de l’entreprise demeure la réparation des batteries lithium-ion pour les acteurs de la mobilité électrique douce. Les batteries réparées par Nowos sont celles utilisées pour les trottinettes, les vélos à assistance électrique, les scooters ainsi que les petites voitures électriques.

Réparer en n’utilisant que des composants d’origine permet à Nowos de conserver la certification UN38.3 sur les batteries réparées. Considérées comme des matières dangereuses, cette certification est un pré-requis pour transporter les batteries en toute sécurité au niveau international. Outre le respect du cahier des charges et le maintien de la certification du fabricant, NOWOS assure à ses clients une conformité totale, notamment en s’occupant entièrement de la logistique à échelle européenne à savoir, la collecte des batteries et leur transport conforme et sécurisé.

Pour cela, l’accès aux composants d’origine s’effectue par deux biais : via le fabricant de la batterie qui envoie les pièces détachées ou via la récupération de pièces fonctionnelles sur les batteries irréparables.

De cette façon, en 2021, NOWOS a pu réparer plus de 79% des batteries de ses clients, initialement destinées au recyclage.

Ces batteries avaient toutes au minimum 80% de leur capacité initiale. En effet, la perception et les connaissances relatives à la durée de vie des batteries est erronée. L' énergie n'est pas l’unique défaillance liée aux pannes de batteries, elle peut également être d'ordre mécanique, électronique ou encore chimique.

« Le but premier de Nowos est de réparer sur le principe du zéro déchet. Si la batterie n’est pas réparable, les cellules hors d’usage vont aller au recyclage, les autres pièces fonctionnelles sont utilisées pour la réparation d’autres batteries. »

— Marina Vernaton - Sales Marketing Positions

L’approche de la réparation des batteries lithium-ion par Nowos est novatrice et laisse présager un avenir prometteur à ce nouveau secteur. Ainsi, une plus grande sensibilisation des acteurs de la mobilité à la réparation tout comme le développement du métier de réparateur de batteries lithium-ion (qui n’existe pas aujourd’hui) permettrait de favoriser l’économie circulaire autour de la batterie.

Le recyclage

La responsabilité du recyclage incombe au fabricant de la batterie. Toutefois, dès que le vélo à assistance électrique, en tant que produit, franchit une frontière nationale, l'importateur devient automatiquement le fabricant. Ainsi, les acteurs de la mobilité sont responsables de la gestion de la fin de vie de la batterie. Ils sont dans l’obligation de passer des contrats avec des entreprises de recyclage comme Corepile, Screlec, ou encore Euro Dieuze, pour s’assurer de la bonne gestion des déchets. Ces entreprises de recyclage vont ensuite donner une seconde vie à ces batteries dont les éléments qui les composent (lithium, aluminium, cuivre…) seront triés puis réutilisés dans la fabrication de nouveaux objets comme des clefs, des outils ou encore des cadres de trottinettes.

Qucit Bike optimise les tournées de battery swap !

Pour faire face au challenge des batteries dans la micro-mobilité, Qucit aide les opérateurs à optimiser leurs tournées de battery swap grâce au logiciel Qucit Bike.

Le logiciel se compose de deux interfaces :

Un tableau de bord, destiné au manager, permettant de visualiser en temps réel l’état du système et à analyser l’ensemble des opérations effectuées.

Une application mobile, utilisée par les équipes sur le terrain, leur permettant de réaliser de façon optimale et écologique leurs tournées de battery swap.

Pour en savoir plus sur notre application, prenez rendez-vous avec notre équipe !

Battery swap — *Qucit Bike optimise les tournées de battery swap*

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