Composants nocifs dans les piles : Contrôler la réglementation

Les piles, en tant qu'accumulateurs d'énergie, sont pratiquement omniprésentes et sont utilisées comme batteries de démarrage, dans les installations industrielles, mais aussi dans les objets quotidiens tels que les ordinateurs portables, les lampes de poche, etc. La demande en batteries - dont font partie les accumulateurs - est énorme. En raison de la demande extrême de matières premières utilisées dans les accumulateurs d'électricité, celles-ci se font déjà partiellement rares et leur prix augmente en conséquence. C'est pourquoi des recherches intensives sont menées pour remplacer les matériaux rares ou même rarissimes par des matériaux plus fréquents. De plus, certains composants des batteries sont nocifs, voire toxiques. Là aussi, la science cherche des substituts non problématiques. Et il existe effectivement des pistes de recherche prometteuses pour les piles salines, les piles solides ou celles qui peuvent même être compostées après utilisation.

Qu'y a-t-il dans une pile ?

Toutefois, il faudra peut-être attendre encore longtemps avant que les types de batteries les plus courants aujourd'hui soient remplacés par des types plus durables. Il est donc important d'examiner de plus près les accumulateurs d'électricité disponibles aujourd'hui. En Suisse, les modèles de batteries les plus divers sont vendus, principalement par les grands distributeurs. Ils se distinguent notamment par les matériaux utilisés. Beaucoup fonctionnent à base de zinc-manganèse. Mais elles peuvent aussi contenir de l'oxyde d'argent, du nickel, du lithium, du sulfure de fer, de l'aluminium, du plomb et du cadmium. En Suisse comme dans l'UE, le commerce et la vente de piles contenant du mercure (Hg chimique) ou du cadmium (Cd) sont fortement limités. La valeur limite pour le mercure dans les piles est de 5 mg/kg et celle pour le cadmium de 20 mg/kg. Pour le plomb, la déclaration sur la pile ou sur l'emballage est obligatoire à partir d'une teneur en masse de plus de 40 mg/kg.

Mais à quoi servent les prescriptions s'il n'est pas possible de contrôler si elles sont respectées ? En effet, jusqu'à récemment, il n'existait pratiquement aucun moyen de vérifier leur respect en Suisse ; il n'y avait tout simplement pas de méthode fiable et reconnue pour déterminer avec précision les éléments mentionnés dans les piles.

Beaucoup appris sur les piles

Une équipe du département de recherche "Advanced Analytical Technologies" de l'Empa, dirigée par le chimiste Renato Figi, s'est donc attelée, sur mandat de l'Office fédéral de l'environnement, au développement d'une méthode permettant d'effectuer des analyses des métaux lourds que sont le mercure, le plomb et le cadmium dans divers types de piles. Une tâche qui ne s'est pas avérée simple. En effet, contrairement à de nombreux objets qui peuvent être simplement broyés pour analyser leurs composants et dont les éléments chimiques peuvent ensuite être analysés dans une solution par divers spectromètres, les batteries ne peuvent pas être simplement déchiquetées. Le simple fait d'essayer d'ouvrir un accumulateur électrique peut s'avérer assez dangereux. Il y a régulièrement des accidents au cours desquels des batteries ont explosé suite à de telles manipulations.

Claudia Schreiner ne pouvait pas s'exposer à ce danger dans le laboratoire de l'Empa. Elle s'est donc adressée à un collègue de l'Empa, spécialiste des piles et de leurs dangers. Marcel Held, du département "Transport at Nanoscale Interfaces", lui a surtout conseillé de commencer par décharger soigneusement toutes les batteries à examiner. Ce n'est qu'ensuite que l'on peut oser s'attaquer à la "vie intérieure" d'une pile.

Mais toutes les batteries ne se valent pas. Il existe d'innombrables types de construction. Même si, de l'extérieur, une pile ressemble à une autre comme deux gouttes d'eau, sa structure interne peut être très différente !

Une autre chose est apparue au cours des travaux : Les substances potentiellement dangereuses ne se trouvent pas toujours là où on les attendrait. Ils peuvent aussi se trouver dans l'enveloppe inoffensive.

Contrôler les réglementations

Mais le travail laborieux en laboratoire a porté ses fruits : grâce à la méthode innovante de l'Empa, les composants des piles courantes peuvent désormais être déterminés de manière fiable à l'état de traces. Pour l'analyse, les piles doivent d'abord être déchargées puis séparées. Les divers composants des différents types de piles sont triés puis dissous sous pression à l'aide d'un mélange d'acides. Les métaux lourds sont ainsi dissous et peuvent être déterminés par spectroscopie.

La méthode permet désormais de contrôler le respect des prescriptions existantes. Elle est utilisée dans le cadre d'une vaste campagne de l'OFEV. Afin que les échantillons des différents types de piles fournissent une image aussi représentative que possible, environ 80 piles différentes seront sélectionnées au cours de l'année et analysées ensuite par l'Empa.

Le laboratoire cantonal de Zurich est responsable de la campagne. Les résultats sont attendus pour 2024.