De la théo­rie à la pra­tique

Les bat­te­ries sous haute ten­sion

Voile Magazine - - SOMMAIRE - Texte et pho­tos : Jean-Yves Poi­rier.

EN 1859,

le Fran­çais Gas­ton Plan­té fut le pre­mier à mettre en pra­tique une idée vieille comme le monde : mettre l’éner­gie en bou­teille. Il dé­cou­vrit dans son la­bo­ra­toire que la ré­ac­tion chi­mique en­gen­drée par l’im­mer­sion dans une so­lu­tion d’acide sul­fu­rique d’élec­trodes en plomb (plaques né­ga­tives) et en di­oxyde de plomb (plaques po­si­tives) pro­dui­sait de l’élec­tri­ci­té. Au fur et à me­sure de la dé­charge, la ré­ac­tion s’af­fai­blis­sait en pro­dui­sant du sul­fate de plomb. Il suf­fi­sait alors d’ap­pli­quer un cou­rant élec­trique aux bornes de la bat­te­rie pour in­ver­ser le pro­ces­sus, en trans­for­mant le sul­fate de plomb en di­oxyde et en re­con­cen­trant la so­lu­tion acide. En théo­rie, l’al­ter­nance des cycles charge/dé­charge de­vrait être éternelle mais dans la pra­tique, leur nombre est li­mi­té à quelques cen­taines, soit plu­sieurs an­nées en uti­li­sa­tion conti­nue. Ce chiffre va­rie gran­de­ment en fonc­tion du ni­veau d’uti­li­sa­tion, de l’en­tre­tien, de la tech­no­lo­gie uti­li­sée, de l’ins­tal­la­tion, des condi­tions cli­ma­tiques, etc.

UN NI­VEAU DE DECHARGE A NE PAS DEPASSER

Dans tous les cas, le ni­veau de dé­charge pro­fonde ne doit ja­mais dé­pas­ser les 50 à 80 % de la ca­pa­ci­té no­mi­nale sous peine de vieillis­se­ment ac­cé­lé­ré, voire de dom­mages ir­ré­ver­sibles. Toutes les bat­te­ries souffrent aus­si d’un cer­tain taux d’au­to­dé­charge qui contri­bue à faire bais­ser la ca­pa­ci­té au fil du temps, un phé­no­mène qui s’ac­cen­tue avec le froid. Par ana­lo­gie, une bat­te­rie peut s’as­si­mi­ler à un ré­ser­voir qui stocke l’éner­gie, puis la res­ti­tue au ré­seau élec­trique en fonc­tion des be­soins. La taille, ou ca­pa­ci­té, du ré­ser­voir est donc étroi­te­ment dé­pen­dante de la quan­ti­té et de la puis­sance des équi­pe­ments à ali­men­ter. Un sous­di­men­sion­ne­ment de la bat­te­rie ren­dra le sys­tème peu fiable, voire dan­ge­reux – rap­pe­lons au pas­sage que le dé­faut élec­trique est l’une des pre­mières causes d’in­cen­die à bord, une rai­son es­sen­tielle pour ne pas prendre le su­jet à la lé­gère. Une même pru­dence s’im­pose au mo­ment de l’ins­tal­la­tion : la charge d’une bat­te­rie ou­verte clas­sique en­gendre par élec­tro­lyse des dé­ga­ge­ments ga­zeux d’hy­dro­gène (au pôle né­ga­tif) et d’oxy­gène (au pôle po­si­tif), le mé­lange des deux étant po­ten­tiel­le­ment ex­plo­sif en mi­lieu confi­né. Il fau­dra donc veiller à ins­tal­ler la bat­te­rie dans un coffre soi­gneu­se­ment ven­ti­lé et à n’uti­li­ser que des char­geurs évo­lués, les meilleurs dis­po­sant même d’une sonde de tem­pé­ra­ture pour évi­ter toute sur­chauffe ! La tech­no­lo­gie des ac­cu­mu­la­teurs au plomb-acide n’a ces­sé d’évo­luer de­puis son in­ven­tion, mais son prin­cipe, simple, éco­no­mique et ef­fi­cace, n’a pas fon­da­men­ta­le­ment chan­gé. Com­mer­cia­li­sés dans les an­nées 1990, les ac­cu­mu­la­teurs au li­thium ont per­mis, à ca­pa­ci­té égale, de di­vi­ser le poids par deux et d’aug­men­ter sen­si­ble­ment la ca­pa­ci­té de cy­clage, jus­qu’à 1 000 cycles ou plus, de di­mi­nuer l’au­to­dé­charge... Les élé­ments à faible ca­pa­ci­té, adap­tés aux ap­pa­reils mo­biles, té­lé­phones, GPS, ap­pa­reils pho­to, etc., sont de loin les plus ré­pan­dus, mais il existe au­jourd’hui des ac­cu­mu­la­teurs au li­thium à haute puis­sance, de 160 Ah, sus­cep­tibles de rem­pla­cer les bat­te­ries au plomb tra­di­tion­nelles. La den­si­té éner­gé­tique des bat­te­ries au plomb (soit la ca­pa­ci­té d’ac­cu­mu­la­tion par uni­té de masse, ex­pri­mée en Wh par kg) n’a rien de ful­gu­rant puis­qu’elle ne dé­passe guère 50 Wh pour les mo­dèles les plus per­for­mants, à com­pa­rer aux 100 à 160 W/kg de la bat­te­rie au li­thium de n’im­porte quel té­lé­phone mo­bile. Ce rendement ex­cep­tion­nel a pous­sé la tech­no­lo­gie au li­thium au pre­mier plan, en par­ti­cu­lier dans le sec­teur des au­to­mo­biles élec­triques. Outre son coût, près de dix fois

su­pé­rieur à ce­lui des ac­cu­mu­la­teurs au plomb de même ca­pa­ci­té, elle pose tou­te­fois de sé­rieux pro­blèmes de sé­cu­ri­té. L’in­sta­bi­li­té na­tu­relle du li­thium oblige à équi­per chaque cel­lule de la bat­te­rie d’un cir­cuit de ré­gu­la­tion so­phis­ti­qué, le moindre dys­fonc­tion­ne­ment en­traî­nant des risques de sur­chauffe, d’in­cen­die, voire d’ex­plo­sion. Ces in­ci­dents sont d’au­tant plus im­por­tants que l’in­cen­die du li­thium est dif­fi­cile à éteindre, sa ré­duc­tion dans l’eau dé­ga­geant de l’hy­dro­gène hau­te­ment in­flam­mable. Les ex­tinc­teurs au CO2 ou au ha­lon sont alors les seuls re­la­ti­ve­ment ef­fi­caces. Face à ces pro­blèmes, les fa­bri­cants mul­ti­plient les dis­po­si­tifs de sé­cu­ri­té et dé­ve­loppent des couples mé­tal­liques les plus stables pos­sible.

LE LI­THIUM EN QUES­TION

Le li­thium pose en­fin une sé­rieuse ques­tion en­vi­ron­ne­men­tale car, contrai­re­ment aux bat­te­ries au plomb qui dis­posent d’une fi­lière de re­cy­clage plei­ne­ment fonc­tion­nelle de­puis des dé­cen­nies, le re­cy­clage des nou­veaux ac­cu­mu­la­teurs n’en est qu’à ses bal­bu­tie­ments. Der­nier point, la res­source mon­diale en sels de li­thium, concen­trée pour l’es­sen­tiel en Amé­rique du Sud, ne semble pas non plus in­épui­sable... Ca­pable de sup­por­ter un cou­rant de char­ge­dé­charge éle­vé, le li­thium n’exige pas d’en­tre­tien, ac­cepte les dé­charges pro­fondes et n’a pas d’ef­fet de mé­moire, ce qui per­met de le re­char­ger à n’im­porte quel mo­ment. Mais les char­geurs doivent dis­po­ser d’une courbe de charge spé­ci­fique à cette opé­ra­tion, ce qui n’est pas le cas de la plu­part des mo­dèles du mar­ché. Le taux d’au­to­dé­charge est aus­si plu­tôt faible, de l’ordre de 10% par mois, dont 3% pour les seuls cir­cuits de ré­gu­la­tion. Les fa­bri­cants tra­vaillent de­puis quelques an­nées sur dif­fé­rents al­liages mé­tal­liques, li­thium-fer-phos­phate ou li­thium-ni­ckel­man­ga­nèse-co­balt par exemple, afin d’aug­men­ter la den­si­té éner­gé­tique, de fa­ci­li­ter le sto­ckage de longue du­rée, d’aug­men­ter le cy­clage et, sur­tout, d’amé­lio­rer la sé­cu­ri­té des élé­ments à haute puis­sance. Celle-ci re­pose sur des cir­cuits de pro­tec­tion élec­tro­niques évo­lués (BMS, Bat­te­ry Ma­na­ge­ment Sys­tem), qui pro­tègent et ré­gulent chaque cel­lule de la bat­te­rie. Une so­phis­ti­ca­tion qui, ajou­tée à la fa­bri­ca­tion des élé­ments eux-mêmes, in­flue di­rec­te­ment sur les prix. La toute pre­mière bat­te­rie li-ion spé­ci­fi­que­ment conçue pour un usage ma­rin à haute puis­sance a été pré­sen­tée en no­vembre 2008 au Mon­dial de l’équi­pe­ment d’Am­ster­dam par la so­cié­té hol­lan­daise Mas­ter­volt, grande spé­cia­liste de l’éner­gie mo­bile. Le ti­cket d’en­trée dans la fa­mille li­thium à haute puis­sance reste en­core éle­vé, de l’ordre de 2 800 € pour une ca­pa­ci­té de 160 Ah...

Es­sen­tiel au bon fonc­tion­ne­ment du mo­teur et des équi­pe­ments du bord, le choix d’une bat­te­rie est plus com­plexe qu’il n’y pa­raît.

Le dé­ve­lop­pe­ment des mo­teurs élec­triques de­vrait al­ler de pair avec ce­lui de la tech­no­lo­gie li­thium.

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