Le magnésium peut-il devenir le nouveau lithium des véhicules électriques ?

Ces dernières années, le lithium s’est imposé comme l’un des métaux les plus essentiels à la transition énergétique mondiale.

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Cela tient surtout à son utilisation massive dans les véhicules électriques (VE), via les batteries lithium-ion. Celles-ci offrent une forte densité énergétique, une structure légère et une capacité de recharge rapide, ainsi qu’une longue durée de vie, ce qui permet d’atteindre les niveaux actuels d’autonomie et de performances.

Il est donc devenu indispensable pour généraliser concrètement l’électrification du secteur automobile.

Le lithium reste toutefois confronté à d’importants problèmes structurels d’approvisionnement à long terme, ce qui pousse de plus en plus de constructeurs de VE à envisager d’autres solutions, comme le manganèse et le magnésium.

Pourquoi le magnésium ?

Le magnésium, autre métal stratégique pour les véhicules électriques et les batteries de stockage d’énergie, pourrait devenir une alternative majeure au lithium dans les VE.

Il est en effet moins coûteux, abondant partout dans le monde et peut stocker davantage d’énergie. Il est aussi considéré comme plus sûr que le lithium, car il ne forme pas les pointes acérées, appelées dendrites, qui peuvent provoquer des courts-circuits ou des incendies dans les batteries au lithium.

Une batterie au magnésium peut également contenir plus d’énergie dans un volume plus réduit, ce qui représenterait un atout important en matière de compacité et d’efficacité pour les constructeurs souhaitant produire des véhicules plus petits.

C’est aussi l’un des éléments les plus courants, présent à la fois dans l’eau de mer et dans le sol, ce qui pourrait aider les industriels à contourner de futures tensions d’approvisionnement en lithium.

Les ions magnésium portent en outre une charge double de celle des ions lithium, soit +2, ce qui permet une capacité volumique plus élevée et donc un stockage d’énergie plus compact et plus dense, pour les VE comme pour d’autres appareils.

La Chine produit l’écrasante majorité du magnésium mondial et devrait représenter entre 87 % et 95 % de la production primaire de magnésium en 2025, soit entre 830 000 et 950 000 tonnes, selon (source en anglais)Elements, de Visual Capitalist.

Cette production provient principalement d’importants gisements de dolomie, les plus grandes réserves de magnésium se trouvant dans la province du Liaoning.

Le deuxième producteur de magnésium est Israël, qui extrait le métal principalement de la mer Morte. La Russie et le Brésil comptent parmi les autres grands producteurs, avec des gisements clés situés notamment à Satka et Brumado.

Le manganèse s’impose aussi comme un complément aux batteries au lithium, plutôt que comme un substitut total. Les batteries au manganèse affichent en effet une densité énergétique bien plus faible et supportent mal les recharges répétées par centaines de cycles. Leur tension est également plus basse.

Elles fonctionnent donc bien en soutien de systèmes au lithium dans des architectures hybrides, mais ne tiennent pas la charge sous de fortes sollicitations de puissance.

Pourquoi l’approvisionnement en lithium reste incertain

L’un des principaux défis liés au lithium est la lenteur des nouveaux projets. L’ouverture d’une mine de lithium prend en moyenne 16 à 18 ans (source en anglais) entre la découverte du gisement et les premières extractions. Cela s’explique surtout par la complexité des procédures d’autorisation, des droits d’exploration et des conditions de financement dans de nombreuses régions du monde.

L’exploitation de gisements rocheux génère par ailleurs beaucoup de déchets, et l’extraction de la saumure consomme d’énormes quantités d’eau dans les régions arides où le lithium est généralement présent. Ce qui suscite une vigilance accrue des communautés locales et des organisations environnementales.

Parallèlement, les prix du lithium se sont récemment effondrés après une phase de surproduction. Les budgets consacrés à l’exploration et aux investissements miniers ont donc été réduits, ce qui menace sérieusement les capacités de production futures et la transition verte mondiale.

La majorité des réserves de lithium sont concentrées en Australie et dans le « Triangle du lithium » en Amérique du Sud, tandis que la Chine contrôle une part importante des capacités de raffinage nécessaires pour obtenir un matériau de qualité batterie.

Des batteries au magnésium ?

Actuellement, la plupart des batteries au magnésium en sont encore au stade des essais, menés notamment par l’université de Waterloo.

Cependant, plusieurs grands constructeurs automobiles développent et testent de plus en plus des alternatives riches en magnésium ou dopées au manganèse, comme les cellules Lithium Manganese-Rich ou LMFP, mais aussi des chimies au magnésium destinées au long terme.

MG (SAIC Motor) a récemment déployé une nouvelle technologie de batterie semi-solide Lithium-Manganese-Oxide (LMO) SolidCore sur des modèles comme la MG4 EV Urban, dont l’arrivée sur les marchés britannique et européen est prévue d’ici fin 2026.

General Motors et LG Energy Solution visent actuellement un lancement commercial en 2028 pour des cellules avancées lithium riches en manganèse (LMR). Cette chimie à forte teneur en manganèse doit permettre de réduire les coûts et d’augmenter la densité énergétique des futurs camions et SUV électriques.

De son côté, Toyota finance aussi un programme de recherche de long terme visant à remplacer la chimie lithium standard par des alternatives au magnésium à haute capacité. On ignore toutefois quand cette technologie pourrait équiper des véhicules de série, les chercheurs attendant encore des progrès sur la stabilisation des électrolytes.

Great Wall Motor utilise également une technologie de moulage semi-solide au magnésium pour alléger les composants, tandis que Tesla a intégré des pièces en alliage de magnésium dans certains éléments des Model 3 et Model Y.

Pourquoi les batteries au magnésium ne sont pas encore généralisées

Si les batteries au magnésium suscitent aujourd’hui davantage d’intérêt comme alternatives potentielles au lithium, d’importants obstacles subsistent avant une adoption à grande échelle.

L’un de leurs principaux défauts est la lente mobilité ionique : les ions magnésium se déplacent plus lentement à l’intérieur des matériaux de la batterie.

Résultat : des temps de charge très longs, une puissance limitée lors des fortes accélérations et de mauvaises performances par temps froid. Autant de facteurs qui compliquent la tâche pour rivaliser avec les batteries lithium des VE, rapides à recharger et capables de délivrer une puissance élevée.

Il est également difficile, à ce stade, de mettre au point un électrolyte liquide ou solide qui permette aux ions magnésium de se déplacer facilement sans se dégrader, car les électrolytes qui transportent efficacement ces ions finissent par corroder les composants internes de la batterie.

De même, trouver un matériau de cathode capable de supporter l’insertion et l’extraction répétées des ions magnésium sans se détériorer reste extrêmement complexe.