Les nouvelles technologies de batteries vont accélérer l'électrification des engins de chantier.
Les engins hors route des secteurs de la construction, de l'agriculture et des mines s'électrifient progressivement, attirés par les avantages financiers, opérationnels et environnementaux qu'elle offre. Cependant, la taille, l'autonomie, les exigences en matière de cycle de service et d'autres caractéristiques varient considérablement d'une machine à l'autre, ce qui nécessite une diversité de batteries pour répondre aux besoins spécifiques de chacune.

Quelles technologies de batteries sont actuellement utilisées dans ces engins ?

Aux débuts de l'électrification des engins de chantier, notamment dans le secteur de la construction, les batteries au plomb étaient utilisées dans les machines plus petites et compactes. Toutefois, avec la maturation du marché mondial des véhicules électriques et des technologies de batteries, les engins utilisent désormais largement des batteries lithium-ion. Plus précisément, ils suivent l'exemple du marché automobile en utilisant des batteries NMC et LFP.

Ces technologies offrent un bon compromis entre densité énergétique, durée de vie, vitesse de charge et coût, permettant une large application à de nombreux types de machines. Il est crucial de souligner que, grâce à leur utilisation sur le marché automobile, les technologies NMC et LFP bénéficient d'une infrastructure de chaîne d'approvisionnement existante qui peut être mise à profit pour faciliter l'accès des constructeurs automobiles (OEM) aux batteries pour le développement et la fabrication de machines.

Les technologies NMC et LFP ont fait leurs preuves sur le marché des engins hors route et continueront de progresser, notamment grâce à leur développement continu et à la baisse des prix. Cependant, certaines machines exigeront de leurs batteries des performances supérieures à celles des batteries lithium-ion classiques, telles qu'une durée de vie plus longue, une densité énergétique plus élevée ou une capacité de charge plus rapide.

Dans ces cas, les constructeurs automobiles pourraient devoir se tourner vers des technologies de batteries émergentes pour combler l'écart de performance. Plus précisément, le nouveau rapport d'IDTechEx, « Batteries pour les engins de construction, agricoles et miniers 2026-2036 : Technologies, acteurs et prévisions », met en avant les anodes LTO, les anodes en silicium, les batteries à l'état solide et les batteries sodium-ion comme des options technologiques clés pour les machines du futur.

Que peuvent offrir les technologies de batteries émergentes ?

Anodes LTO

Les anodes LTO utilisent un matériau actif, l'oxyde de titanate de lithium, qui peut remplacer une anode en graphite classique, souvent associé à une cathode NMC. La cellule ainsi obtenue présente une densité énergétique trois à cinq fois inférieure à celle d'une cellule à anode en graphite, mais, plus important encore, l'anode subit de très faibles variations de volume lors des cycles de charge/décharge, ce qui lui confère une excellente durée de vie de 20 000 à 60 000 cycles. De plus, elle permet une charge très rapide à des vitesses de 6 à 10C.

Cette combinaison unique de performances rend les anodes LTO particulièrement adaptées aux machines minières. Ces machines doivent souvent fonctionner 24 h/24 et 7 j/7 pendant de nombreuses années, ce qui exige à la fois une longue durée de vie et une charge rapide afin de minimiser les temps d'arrêt. Par ailleurs, les machines de grande taille, comme celles utilisées dans les mines, tolèrent mieux les faibles densités énergétiques et peuvent compenser les limitations des anodes LTO.

La technologie LTO est de plus en plus commercialisée dans le secteur minier. Bien que la forte teneur en lithium de l'anode entraîne des coûts nettement plus élevés, pouvant atteindre 1 000 $US par kWh, cette solution reste plus économique que le remplacement fréquent des batteries NMC ou LFP au cours de la durée de vie d'une machine.

Anodes en silicium et batteries à l'état solide :

ces deux technologies ont fait l'objet d'importants développements et recherches en vue de leur utilisation future sur le marché automobile.

Les anodes en silicium utilisent un pourcentage de silicium plus élevé (10 % ou plus) dans les anodes en graphite, tandis que les batteries à l'état solide remplacent l'électrolyte liquide d'une cellule lithium-ion classique par un électrolyte solide.
Ces deux technologies offrent des densités énergétiques supérieures aux cellules classiques, mais leur durée de vie est considérablement limitée, ne permettant qu'environ 1 000 cycles. De ce fait, les applications tout-terrain se concentreront principalement sur des machines plus petites (où la densité est primordiale) et moins sollicitées. Cela correspond parfaitement au profil opérationnel des tracteurs électriques en agriculture, dont la durée de vie est inférieure à 1 000 heures, mais qui bénéficient de batteries haute densité pour transporter les charrues et les outils sur de vastes superficies.

sodium-ion

apparaissent comme une alternative potentiellement plus économique aux batteries lithium-ion, car elles utilisent des matériaux plus abondants et moins coûteux, tels que le sodium et l'aluminium, au lieu du lithium et du cuivre. Les batteries sodium-ion offrent également des densités similaires aux batteries lithium-polymère, avec un potentiel d'amélioration de la puissance et de la durée de vie, bien que ces dernières puissent varier considérablement selon la conception de la cellule. Il en résulte une cellule de batterie qui peut être largement utilisée dans les engins de construction, agricoles et miniers, et dont l'adoption devrait être significative au cours de la prochaine décennie.

Perspectives du marché selon IDTechEx :

Le rapport d’IDTechEx, intitulé « Batteries pour engins de construction, agricoles et miniers 2026-2036 : Technologies, acteurs et prévisions », analyse en détail toutes les technologies mentionnées ci-dessus et bien plus encore, soulignant la croissance attendue du marché mondial des batteries pour engins hors route, qui devrait atteindre 45 GWh d’ici 2036. Le développement de technologies de batteries répondant aux exigences de performance des machines sera essentiel à la réalisation de cette croissance projetée sur le marché mondial.

Le rapport d’IDTechEx dresse un état des lieux de l’électrification dans les secteurs de la construction, de l’agriculture et des mines, en fournissant une analyse des exigences techniques, économiques et de performance des machines, un comparatif des solutions de batteries clés en main actuellement disponibles sur le marché, ainsi qu’une présentation approfondie des principales technologies de batteries et de leur pertinence pour les applications hors route.

Des prévisions détaillées sur 10 ans sont fournies sur la demande mondiale de batteries hors route (en GWh) et les revenus des batteries (en milliards de dollars américains), segmentés par secteur (construction, agriculture et exploitation minière), type de machine, région (États-Unis, Chine, Europe et reste du monde) et technologie de batterie (NMC, LFP, LTO, anode en silicium, à l'état solide et à ions sodium).