Fabriquer de meilleures batteries : partie 4

Dans la fabrication de matériaux et d’éléments de batteries, tout comme dans les installations de recyclage des batteries, l’échec d’un projet ne s’annonce que rarement. Il s’installe plutôt progressivement, couche par couche, en raison d’étapes manquées, d’hypothèses non vérifiées et de décisions mal étayées. Par exemple, la dérive d’une ligne d’enduction entraîne une production non conforme avant que quiconque s’en aperçoive. Une phase de mise en forme devient instable à cause d’un léger changement dans la composition de la barbotine en amont. Une étape clé de la mise en service est atteinte sur papier, mais sans opérateurs formés ni système qualité fonctionnel pour la soutenir. La plupart des projets ne s’effondrent pas en raison d’une seule erreur catastrophique – ils se dégradent sous le poids de l’accumulation des risques. La façon la plus efficace d’éviter l’effondrement est d’assurer une préparation opérationnelle solide fondée sur une conception exceptionnelle.  

Dans l’épisode 4 de Fabriquer de meilleures batteries, l’animatrice Tolu Aribisala s’entretient avec Duarte Dorego, Spécialiste en préparation opérationnelle de Hatch, pour démystifier l’un des aspects les plus sous-estimés des projets de matériaux de batteries, de fabrication d’éléments de batteries et de recyclage : comment l’accumulation des risques peut, de façon inaperçue, faire dérailler une installation autrement bien conçue. 

Faire converger planification, équipements, systèmes et effectifs pour livrer un produit conforme, à l’échelle et dans les temps, ne se limite pas à une conception et à une construction solides. La réussite exige des opérateurs bien formés, des systèmes efficaces et une infrastructure de soutien robuste. C’est ce qui distingue une installation terminée d’une installation qui produit des batteries de façon constante, sécuritaire et rentable. 

Cela va au-delà de l’installation. Au-delà d’une liste de vérification de mise en service. Une synergie entre le personnel, les procédés et les systèmes est nécessaire bien avant le premier mélange de barbotine ou la formation du premier élément de batterie. 
 
Dans les installations performantes, la préparation opérationnelle est un processus structuré et continu dans les installations très performantes : 

• Les opérateurs sont les maîtres du contexte, de la gestion des risques et des tolérances de qualité. Ils orientent également la conception. 
• L’équipement est qualifié et intégré aux exigences des procédés propres à la chimie et au format. 
• Les systèmes et les outils sont opérationnels, soumis à des essais de résistance et dotés de personnel. 
• L’entretien est intégré aux procédés pour réduire au minimum les perturbations. 

En revanche, dans les installations sous-performantes : 

• Les opérateurs apprennent sur le tas. En l’absence d’intuition, les erreurs sont fréquentes et les diagnostics arrivent trop tard. 
• Les étapes du procédé ne sont pas synchronisées, ce qui nécessite des retouches ou génère des rebuts. 
• Les systèmes de commande sont réactifs et non prédictifs, et les stratégies d’entretien préventif font défaut. 

Il en résulte des retards, du gaspillage et parfois même une refonte totale des procédés et de l’usine après l’engagement des dépenses en capital. 

Tout est dans l’intégration 

Chaque étape du procédé de fabrication comporte une fenêtre de tolérance étroite, en particulier pour les cathodes à haute teneur en nickel, les anodes riches en silicium ou les compositions chimiques avancées à semi-conducteurs. Dans un établissement typique, il existe des milliers de dépendances de procédés, chacune ayant un profil de risque et un mode de défaillance. Il ne s’agit pas seulement d’une nuance technique, mais aussi d’une exposition opérationnelle :

• Les conditions du four à rouleaux doivent être précises pour s’assurer que le matériau est cristallisé de façon homogène, ce qui a une incidence sur la performance de l’élément. 
• Les étapes de purification et de lavage doivent fonctionner efficacement pour éliminer les impuretés pouvant nuire à la performance, ce qui prolonge la durée de vie de la batterie. 
• La précision du mélange influe directement sur l’homogénéité de la barbotine, ce qui détermine l’uniformité de l’enduction. 
• Les conditions de séchage doivent être réglées pour réduire au minimum la rétention des solvants, qui influe sur la porosité de l’électrode et le comportement mécanique lors du calandrage. 
• Les profils de formation doivent refléter les caractéristiques réelles des éléments, qui dépendent d’un contrôle serré du procédé en amont. 

L’intégration exige de comprendre chaque dépendance et de la gérer en temps réel. Elle exige une réévaluation continue à tous les niveaux. 

Le copier-coller 

Nous avons vu les risques de supposer qu’une conception éprouvée en Asie peut être reproduite sans modification appropriée aux États-Unis ou en Europe. L’infrastructure, la main-d’œuvre, les réglementations et le contexte de la chaîne d’approvisionnement sont différents, et ce sont des facteurs importants. 

Dans les installations « copiées-collées » : 

• Les opérateurs locaux n’ont pas la formation ou l’expérience nécessaire pour maîtriser les étapes des procédés plus complexes.
• Le réglage de l’équipement est fondé sur des hypothèses désuètes ou inadéquates.
• L’infrastructure de soutien est incomplète ou mal alignée.
• Les codes ne sont pas respectés, ce qui entraîne des retards de mise en service. 

Dans ces usines, on passe souvent des années à chercher la stabilité et à revoir des décisions qui auraient dû être revues avant la mise en service. Par ailleurs, les installations bien adaptées qui font l’objet d’une planification rigoureuse et d’une exécution localisée franchissent des étapes clés en matière de rendement des mois, voire des années à l’avance. Le fait de prendre de l’avance sur les revenus par rapport à la valeur actuelle nette d’un projet a une incidence remarquable qui excède presque toujours les optimisations de coûts d’investissement ou d’exploitation. 
 
Une planification continue, s’appuyant sur une réévaluation chaque fois que les intrants changent, permet d’élaborer un modèle d’exécution robuste. Cela commence par : 

Un séquençage par étapes. Quel est l’ordre logique des travaux?’ Quelles étapes doit-on franchir avant le début de la prochaine tâche? 
 
La maturité des données. Que devons-nous savoir avant d’aller de l’avant? La conception de nos procédés est-elle validée à cette échelle? 
 
L’adéquation des ressources. Disposons-nous de la main-d’œuvre qualifiée, de la capacité d’essai et de l’équipement nécessaires pour respecter le calendrier? 
 
La cartographie des dépendances. Qu’est-ce que cette étape alimente? Qu’est-ce qui l’alimente? Que se passe-t-il si une pièce n’est plus à sa place? 

Autrement dit : faire le bon travail, dans le bon ordre, au bon moment. 
 
La vérité sur la préparation opérationnelle 

La montée en production des usines de batteries est réputée pour sa lenteur; la plupart des usines prennent de 3 à 6 ans pour atteindre leur pleine production rentable. 

Ces délais sont rarement dus à une seule grosse erreur. Il s’agit du poids cumulatif des suppositions suivantes :  

• Les matériaux se comporteront de la même manière à grande échelle. 
• Les tolérances de l’équipement seront conformes aux spécifications de conception. 
• Les opérateurs exécuteront un travail irréprochable dès le premier jour. 
• L’accumulation des ordres de modification n’entraînera pas un chaos généralisé. 

Chaque supposition réduit votre marge. Et lorsque vous opérez avec une marge de manœuvre de 15 à 20 % entre le seuil de rentabilité et l’échec, chaque petit écart compte. Pire encore, lorsque la pression de respecter l’échéancier a préséance sur la rigueur des procédés, ces suppositions se transforment en passifs. Pour chaque décision précipitée, chaque validation ignorée et chaque formation manquée, les risques s’accumulent jusqu’à ce qu’ils ne soient plus gérables.’ 

Ce qui nous distingue 

Le risque n’apparaît pas soudainement.’ Il s’accumule. Et au moment de la mise en service du système complet, ces failles invisibles éclatent toutes au grand jour. 

• Planifiez tôt et ajustez continuellement. 
• Établissez le calendrier en fonction de l’état de préparation, et pas juste en fonction des dates de livraison. 
• Priorisez la compréhension plutôt que la rapidité. 
• Acceptez que la perfection n’est pas atteignable, mais que les compromis éclairés et responsables le sont. 
• Tenez compte de la variabilité et de la souplesse nécessaires pour prospérer. 

La fabrication de batteries n’est pas une course. Il s’agit d’un test systémique impliquant des dizaines de milliers de variables interdépendantes qui doivent converger avec une précision absolue.