Tiamat, une spin-off du CNRS, valorise les recherches de professeur Jean-Marie Tarascon, chimiste mondialement reconnu pour ses travaux sur les batteries, en proposant une batterie sodium-ion qui est à la fois performante, économique, écologique et éthique. Une première application grand public vient de voir le jour, mais son véritable marché pour les véhicules électriques démarrera en 2025.

Quel est le point commun entre le tournevis électrique à une vingtaine d’euros qui vient d’arriver dans les rayons chez Leroy Merlin et de futures voitures électriques à grande autonomie ?

Leurs batteries, qui utilisent toutes les deux une technologie sodium-ion née au sein du CNRS et maintenant en cours d’industrialisation dans la spin-off Tiamat, basée à Amiens.

Cette technologie est le fruit des recherches menées par les équipes du professeur Jean-Marie Tarascon, chimiste reconnu mondialement pour ses travaux sur les batteries depuis plus de 40 ans, pour lesquels il a été le co-auteur de centaines de brevets et qui lui ont valu de multiples prix prestigieux, dont la Médaille d’Or du CNRS fin 2022.

Il a par exemple aidé les Bell Labs dans les années 80 à remplacer le cobalt des cathodes des batteries lithium-ion par du manganèse, matériau plus éthique, écologique et performant. Une dizaine d’années plus tard, il sera au cœur du développement chez Bellcore des batteries lithium-ion sur films souples. Il rentre en France en 1995 pour prendre la direction du Laboratoire des Matériaux d’Amiens, où il va mener avec son équipe des travaux pionniers, notamment sur des composés de batteries fabriqués à partir de la biomasse, par exemple l’acide phytique, issu du maïs. Il va aussi créer Alistore, le réseau de recherche européen sur les batteries, encore en activité aujourd’hui. Il créera aussi le réseau français de stockage de l’énergie RS2E, qui rassemble aujourd’hui dix-sept laboratoires universitaires et autant d’industriels.

Engagé pour des batteries plus vertueuses

Malgré le temps passé à fédérer sa discipline, il n’a jamais abandonné ses recherches. C’est ainsi qu’en 2014, peu après son arrivée Collège de France, il a mis en lumière un tout nouveau mécanisme : l’anionique redox. Il s’agit d’exploiter l’activité électrochimique de l’oxygène et non plus seulement du cobalt (ou du manganèse), afin de dégager plus d’électrons et donc de produire plus d’énergie, ce qui peut permettre en théorie de doubler les performances des batteries ! « Je crois que c’est la découverte dont je suis le plus fier. », explique-t-il.

Parallèlement, il travaille avec ses équipes sur une technologie de batteries sodium-ion, un élément des milliers de fois plus abondant sur Terre que le lithium. « Les batteries au sodium, c’est l’avenir ! », affirme-t-il. Sentiment partagé par le chinois CATL, plus grand producteur de batteries au monde, qui a aussi massivement investi sur cette technologie.

Du coup, en 2017, il créé à Amiens avec quatre autres chercheurs du CNRS, tous chevronnés et de renommée internationale dans le domaine de l’électrochimie des batteries, ainsi qu’avec ses partenaires du RS2E, Tiamat, une spin-off du CNRS spécialisée dans le sodium-ion : « On ne peut plus continuer l’extraction massive du lithium et du cobalt, au cœur des batteries lithium-ions, qui pose des problèmes éthiques et environnementaux. Il faut absolument se tourner vers des matériaux plus vertueux, dont le manganèse et le sodium », insiste-t-il.

Mais, outre l’amélioration des performances des batteries, Jean-Marie Tarascon veut aussi augmenter leur durée de vie. « Les cycles charge/décharge usent les batteries sans qu’il soit possible de poser un diagnostic sur leurs défaillances, car ce sont des boîtes noires inaccessibles. » C’est pourquoi il travaille avec ses équipes sur la conception de batteries intelligentes dotées de capteurs en fibres optiques permettant de mesurer en temps réel l’évolution de leurs propriétés. « Outre le doublement de la durée de vie des batteries, nous souhaitons à terme être capables de réparer in situ leurs moindres bobos dans l’objectif de les faire tenir très longtemps et ainsi de préserver les ressources de la planète. »

Industrialiser la technologie

« La commercialisation d’un tournevis électrique doté de nos batteries sodium-ion chez Leroy Merlin, est une première mondiale. C’est le premier produit grand public alimenté par cette technologie », explique fièrement Hervé Beuffe, président de Tiamat.

« Cela marque aussi une nouvelle étape structurante pour notre start-up : à partir de l’année prochaine, nous allons devoir livrer plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de milliers de cellules chaque année, pour accompagner l’adoption de la technologie sodium-ion par ce client. »

« Cela sera possible, grâce à la technologie développée par le Professeur Tarascon et ses équipes, ainsi qu’aux partenaires du Réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie (RS2E) du CNRS et surtout à la licence exclusive de leur portefeuille de brevets, à partir desquelles nous avons développé le produit et ses marchés. »

Les batteries sodium-ion que Tiamat conçoit, développe et produit à Amiens, s’affranchissent du lithium et du cobalt habituellement utilisés – des ressources en tension dont la dépendance géostratégique affaiblit la souveraineté énergétique de la France – et en pallie certaines limites. « Ainsi, nos batteries ont une durée de vie de 10 ans contre 3-4 ans pour celles au lithium dans des conditions d’usage continu. Et elles sont 10 fois plus rapides à recharger (en 5 minutes seulement). Et ce, à coût équivalent aux technologies basées sur le lithium. Il s’agit donc d’une alternative performante, écologique, économique et fiable. »

Des objectifs ambitieux

« La prochaine étape va être de passer d’une production artisanale de laboratoire à un stade industriel. Pour cela, nous allons construire d’ici 2025 une véritable usine, capable de produire entre 500 000 et 700 000 batteries par jour. Et ainsi, à terme, faire passer notre start-up de 20 personnes aujourd’hui à un millier d’employés. Pour cela, nous travaillons sur une troisième levée de fonds de 100 millions d’euros, alors que nos deux précédents tours de table nous avaient permis de lever 5 M€. »

Il faut dire que ces batteries sodium-ion, durables et rapidement rechargeables, vont pouvoir trouver de multiples usages dans la mobilité électrique ou dans le stockage des énergies renouvelables intermittentes. Par exemple, le constructeur automobile chinois JAC a présenté en février dernier son premier modèle de voiture électrique alimentée par une batterie au sodium. Celle-ci de 25 kWh développé par Hina, lui permet de réduire le prix du véhicule de 10 % par rapport à une version équipée d’une batterie lithium-ion.

Un sodium-ion peut en cacher un autre

Mais attention toutes les technologies sodium-ion ne se valent pas. La majorité des technologies sodium-ion s’appuient sur des oxydes lamellaires, par opposition à la technologie polyanionique de Tiamat. Du coup, si elles adressent économiquement le marché du stockage avec une densité d’énergie moyenne, elles ne sont pas adaptées au marché de la puissance, car leur chimie ne permet pas une charge rapide, sûre et durable, contrairement à la chimie sodium-ion de Tiamat dont la structure le permet naturellement.

Ainsi, les batteries Tiamat sont bien adaptées aux véhicules électriques et hybrides car elles délivrent un fort courant de charge ou de décharge en un temps très court, synonyme de fortes accélérations et de recharges rapides, moins de 10 minutes contre plus d’une heure pour les solutions Lithium-ion. De plus, le pack batterie sera plus compact et plus léger que pour les solutions classiques. Une dizaine de brevets ont d’ailleurs été déposés par Tiamat pour protéger ce savoir-faire unique.

« Aujourd’hui, notre technologie est suffisamment mature pour entamer sa phase d’entrée sur le marché. Pour le démontrer, d’ici à un an et demi, notre objectif est de réaliser 5 à 10 PoC (Proof of Concept) avec des clients partenaires représentatifs sur les marchés que nous avons identifiés pour qualifier la technologie selon leurs cahiers des charges. Dans ce cadre, nous avons, par exemple, initié un partenariat avec Plastic Omnium visant à développer un pack 48V pour les véhicules hybrides légers (mild-hybrid ou MHEV) qui sera proposé à l’ensemble des constructeurs automobiles dès 2024. »

Autant d’atouts qui ont valu à Tiamat de faire partie des 125 lauréats de l’édition 2023 du programme FrenchTech 2030.

Mais faut-il vraiment s’en étonner ? Il y 150 ans Jules Vernes ne faisait-il pas dire au commandant du Nautilus, le capitaine Némo : «  Je vous dirai, en outre, que les piles au sodium doivent être considérées comme les plus énergiques, et que leur force électromotrice est double de celle des piles au zinc. » Clin d’œil de l’Histoire, Amiens, siège de Tiamat, abrite l’Université de Picardie Jules Vernes !

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : https://www.tiamat-energy.com/