Batterie d'accumulateurs
« batteries » redirige ici. Pour les autres significations, voir Batterie.
Une batterie d'accumulateurs communément désigné par le terme batterie[1], est un ensemble d'accumulateurs électriques permettant de stocker de manière réversible l'énergie électrique sous forme chimique.
Les batteries peuvent être destinés à un grand nombre d'usage allant des appareils électriques et électroniques domestiques aux véhicules en passant par le stockage stationnaire. En fonction des besoins, le nombre et la disposition des accumulateurs peuvent être adaptés de façon à créer un générateur électrique de tension et de capacité désirée.
Vocabulaire
modifierEn France, dans le langage commun, le mot « batterie » désigne souvent un ensemble d'accumulateurs électriques[2] bien que ce ne soit que l'un des multiples sens de ce mot.
Dans la littérature scientifique, les termes cellules, modules et pack sont communément utilisés pour distinguer différentes échelles au sein d'une batterie[3]. Le terme de cellule désigne l'accumulateur soit l'élement unitaire de la batterie.
Le terme module désigne un assemblage de quelques cellules tandis que le terme pack désigne un assemblage de modules. Ce dernier terme est issue de l'expression anglaise battery pack qui se traduit en français par « ensemble d'accumulateurs » ou « batterie d'accumulateurs ». La traduction littérale « pack de batterie » ou encore « pack batterie » est donc un anglicisme et un pléonasme.
Diversité des accumulateurs
modifierFace à la variété des usages nécessitant un stockage d'énergie sous forme électrique, une grande diversité de batteries existent. Elles se distinguent notamment du point de vue des matériaux utilisés, de leurs dimensions ou du nombre d'accumulateurs assemblés.
Usages
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Les batteries d'accumulateurs sont utilisées dans de nombreux domaines.
Les batteries sont par exemple utilisées dans de nombreux appareils électroniques autonomes par exemple les téléphones mobiles, les baladeurs numériques, etc. ;
Dans les transports, les batteries de démarrage des véhicules routiers sont alimentés en électricité par des batteries d'accumulateurs. Leur rôle est de fournir l'énergie nécessaire au démarreur lors de la mise en route du moteur avant que l'alternateur ne prenne le relais comme principale source d'énergie électrique du véhicule lorsque le moteur est en marche.
La tension de cette batterie est couramment de 12 volts sur les automobiles[a], 24 volts sur les camions et, peut-être, de 42 volts pour la prochaine génération de véhicules)[b].
Pour la traction des véhicules électriques, des batteries souvent de technologies autres que le plomb, d'une tension supérieure sont utilisées, afin de limiter le poids à transporter et le courant électrique dans le câblage[c]
Les batteries sont également utilisés dans des usages stationnaires tel que les alimentations sans interruption dont le rôle est de suppléer pendant quelques minutes, à quelques heures, une coupure de courant du réseau électrique. Les batteries sont également utilisés en association avec des sources de production d'énergie intermittentes afin de permettre l'utilisation de l'énergie produite au moment choisi par l'usager[4],[5].
Choix de configuration
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Les accumulateurs sont souvent câblés en série afin d'obtenir la tension de batterie souhaitée[6].
Pour augmenter le courant disponible, il est également possible de recourir à un montage en parallèle des cellules[7].
La combinaison des deux techniques peut être faite en connectant en série plusieurs blocs de cellules en parallèle.
Afin de simplifier les descriptions de montage des batteries d'accumulateurs, une notation usuelle de la forme xPyS est employée pour designer le couplage[8]. Le nombre d’éléments connectés en série est indiqué par l'entier y tandis que l'entier x désigne le nombre de branches connectées en parallèle :
- six cellules connectées en série sont notées « 6S »;
- deux cellules en parallèle sont notées « 2P »;
- deux blocs en parallèle de six cellules en série sont notées « 2P6S »;
- etc.
Impact environnemental
modifierL’Institut suédois de recherche environnementale (IVL) publie en 2017 un rapport sur l'impact environnemental des batteries : elle estime que leur production engendre de 150 à 200 kg de CO2 par kilowatt-heure de capacité[d] ; une batterie de 30 kWh engendrerait donc entre 4,5 et 6 tonnes de CO2 tandis qu’une batterie de 100 kWh comme celle qui équipe la Tesla Model S P100D correspondrait à la production de plus de 17 tonnes de CO2. L'IVL souligne cependant la forte disparité des mix énergétiques selon les pays : 162 kWh d’électricité étant nécessaires par kWh de batterie fabriquée, celle-ci peut représenter jusqu'à 70 % du CO2 émis lors de la production ; avec un mix électrique entièrement décarboné comme en Suède, cet impact carbone serait réduit de 60 %. Malgré cela, la recherche d'une autonomie maximale avec des batteries de grande capacité contribuerait significativement au réchauffement climatique[9],[10].
En 2019, la Commission européenne octroie une subvention publique de 3,2 milliards d'euros en soutien à la création d'un « Airbus des batteries », se focalisant sur le développement de batterie Li-ion avec une durée de vie augmentée et un impact environnemental atténué[11].
Les batteries au plomb peuvent être recyclées : la plupart de leurs composants peuvent être réutilisés en fin de vie, par exemple le plastique, l'acide et les plaques de plomb. Au sein de l'usine de recyclage, le plastique du boîtier sera ainsi séparé du plomb des plaques et de l'acide de l'électrolyte. Ensuite, le plomb est fondu dans un four et réutilisé pour fabriquer de nouvelles plaques.
Le plastique de son côté est également fondu et sert à confectionner de nouveaux boîtiers. Enfin, l’acide sulfurique est contrôlé, car il causerait de graves dommages s’il se retrouvait dans l’atmosphère. Il va servir lui aussi ultérieurement lors de la fabrication de batteries neuves.
Ainsi, tout est recyclé et les pertes dans l’environnement sont très faibles, à condition qu'elles soient déposées dans des endroits prévus à cet effet : les mairies, décharges, magasins spécialisés dans l'automobile ou le matériel industriel, ou certains ferrailleurs (contre rémunération) peuvent s'en charger. Au Québec, les écocentres (centres municipaux de recyclage) offrent généralement ce service gratuitement[12].
Pour les batteries lithium-ion, en 2019 certaines entreprises comme la SNAM sont capables de recycler « plus de 70 % » des batteries. Les 20 % à 30 % restants « sont détruits, brûlés et à la fin il reste 2 % qui sont enfouis »[13].
Certaines parties prenantes chinoises souhaitent standardiser les batteries dans le but d'en faciliter le remplacement et le recyclage [14].
Face aux tensions liés à la disponibilité des matériaux nécessaires aux batteries actuelles, de nombreux centres de recherche travaillent sur de nouvelles technologies dont les procédés de fabrication sont moins polluants et nécessitant moins de matériaux stratégiques. Des travaux sur le recyclage ou le réemploi sont également développés afin de réduire les risques liés à un défaut d'approvisionnement lié à la dépendance actuelle pour la production de lithium, nickel, cobalt…[15]
Notes et références
modifierNotes
modifier- Six volts sur d'anciens modèles de véhicules encore en circulation.
- Ce qui permettrait d'augmenter la puissance des accessoires ou de réduire la taille des faisceaux de câbles.
- . L'augmentation de la tension permet de réduire le courant à fournir pour une puissance donnée. Cela permet ainsi de réduire la section et donc le poids des fils des faisceaux électriques utilisés pour transmettre le courant au sein d'un véhicule .
- La quantité d'électricité contenue dans une batterie se mesure en kilowatt-heure (kWh).
Références
modifier- Informations lexicographiques et étymologiques de « Batterie » (sens 2 − P. anal) dans le Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
- http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/batterie/8410
- Elie Riviere. Détermination in-situ de l'état de santé de batteries lithium-ion pour un véhicule électrique. Energie électrique. Université Grenoble Alpes, 2016. Français. ⟨NNT : 2016GREAI048⟩. ⟨tel-01555463⟩
- Hermans, Y., Le Cun, B., & Bui, A. (2011). Modèle d'optimisation basé sur le Vehicle-to-grid pour limiter l'impact des pics de consommation électrique sur la production.
- Dargahi, A., Wurtz, F., Ploix, S., Gaaloul, S., Le, X. H. B., Delinchant, B., ... & Tollenaere, M. (2012). Exploitation de la capacité de stockage de véhicule électrique dans la gestion optimale du flux énergétique de bâtiments: Contribution à la convergence transport/habitation.
- An Li, Analyse expérimentale et modélisation d’éléments de batterie et de leurs assemblages : application aux véhicules électriques et hybrides, Université Claude Bernard - Lyon I, , 233 p. (HAL tel-01157751, lire en ligne), p. 174
- Matthieu Maures, Modélisation des performances et du vieillissement des assemblages parallèles de cellules lithium-ion pour la détermination de l’état de santé et de la durée de vie des batteries, Université de Bordeaux, , 207 p. (HAL tel-03282450, lire en ligne), p. 40
- Elie Rivière, Détermination in-situ de l'état de santé de batteries lithium-ion pour un véhicule électrique, Université Grenoble Alpes, , 148 p. (HAL tel-01555463, lire en ligne), p. 22
- Voiture électrique : l’impact carbone des batteries au cœur d’une étude suédoise, automobile-propre.com, 7 août 2019.
- (en) Lisbeth Dahllöf et Mia Romare, « The Life Cycle Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions from Lithium-Ion Batteries », sur Institut suédois de recherche environnementale, .
- « L'Europe lance un deuxième Airbus des batteries électriques avec Tesla et BMW », sur Les Échos, (consulté le )
- Page d’accueil de recyc-quebec, recyc-quebec.gouv.qc.ca (consulté le 7 mai 2017).
- Vincent Verier, Véhicules électriques : 700 000 tonnes de batteries à recycler en 2035, Le Parisien, 12 août 2019.
- « Le constructeur chinois de véhicules électriques Nio prévoit d'arriver en Europe en 2021 », sur electroniques.biz (consulté le ).
- « "Quels matériaux pour l’Europe des batteries ? " - Livre blanc », sur Techniques de l'Ingénieur (consulté le ).
