Piles et accus

Glossaire

Publié le : 06/03/2009 

De A comme « accumulateur » à T comme « tension ».

 

A

Accumulateur

un accumulateur électrique (que l'on appelle plus simplement accumulateur ou accu) est un dispositif électrochimique qui transforme de l'énergie chimique en énergie électrique. L'accu est rechargeable mais quand il est hors service, il fait l'objet d'un tri sélectif. L'accumulateur peut être rechargé jusqu'à 1 000 fois. Les accumulateurs sont généralement vendus déchargés et il est nécessaire de les charger avant la première utilisation. Exception faite pour les prêts à l'emploi, vendus chargés. Il est parfois nécessaire de réaliser plusieurs cycles de charge-décharge avant que l'accu ait atteint son niveau de performance maximal.

Accumulateur au lithium

Bien que non représentés en format AA pour des raisons techniques (tension nominale d'un élément : 3,6 V = équivalent de 3 éléments au nickel de tension nominale 1,2 V), les accus au lithium méritent une présentation. Ils comptent deux sous-familles : les Li-ion (lithium-ion) et les Li-Po (lithium-ion polymère), qui présentent une différence au niveau du matériau qui constitue la cathode (cobalt ou graphite, et manganèse respectivement). Les accumulateurs à base de lithium (le lithium reste à l'état ionique et il est situé au niveau de l'électrode négative, c'est plus sûr que d'avoir une anode en lithium métallique = dangereux) sont d'une technologie récemment mise au point. Ils sont légers, de forte capacité, sans effet mémoire et avec peu d'autodécharge. Ils sont spécialement adaptés aux produits « de haute technologie » et nomades, de par leur poids et leur volume faibles, type téléphones mobiles ou ordinateurs portables, mais vu leurs avantages, on en trouve maintenant sur tous types d'appareils : outillage électroportatif, vélos électriques... Les accus au lithium sont cependant la source de quelques soucis. On entend régulièrement des témoignages portant sur des batteries lithium qui chauffent, brûlent, explosent... En effet, le lithium est assez délicat, il ne supporte pas l'eau (explosion), la chaleur, les chocs (explosion à retardement). Les Li-Po sont moins performants mais plus sûrs que les Li-ion. Enfin, notons que la durée de vie d'une batterie au lithium n'est que d'environ 3 ans à partir de sa date de production.

Accumulateur au Nickel

Il s'agit des accus Ni-Cd et Ni-MH.

Accumulateur Ni-Cd

Ni-Cd signifie nickel-cadmium. Le nickel se situe au niveau de la cathode, le cadmium est du côté négatif (anode). Le Ni-Cd est de conception ancienne, il possède un effet mémoire, sa décharge naturelle est très rapide et il doit être stocké dans un état déchargé. Autre inconvénient : le cadmium est très polluant. Côté avantages, le Ni-Cd peut supporter des pointes de courant en décharge plus importantes que le Ni-MH (de l'ordre de 10 fois). Enfin, le Ni-Cd permet un nombre de cycles charge/décharge plus important que le Ni-MH (donc une durée de vie supérieure). Les accus Ni-Cd seront prochainement interdits par décret pour des raisons de protection de l'environnement.

Accumulateur Ni-MH

Ni-MH signifie nickel-métal hydrure. Le nickel se situe au niveau de l'électrode, le métal hydrure du côté de la cathode. Ce type d'accumulateur n'incorpore ni cadmium ni plomb et est donc assez peu polluant. Les accus Ni-MH sont victimes de l'effet mémoire, mais moins que les Ni-Cd. Inconvénient : ils ne supportent pas les températures élevées (à partir de 45 °C).

Accumulateur prêt à l'emploi

(« Ready to use » en anglais.) Ce sont des accus Ni-MH vendus chargés et supposés ne pas se décharger avec le temps, contrairement aux accus classiques.

Anode

C'est la substance qui absorbe les électrons au cours de la réaction d'oxydoréduction qui se produit lorsque la pile ou l'accu se décharge. L'anode est reliée à la borne négative de la pile ou de l'accu.

Autodécharge

Piles et accus se déchargent dans le temps, même s'ils ne sont pas utilisés, c'est ce que l'on appelle l'autodécharge. La perte de capacité par autodécharge des accus est d'environ 30 % par mois pour les Ni-MH (exception faite des prêts à l'emploi qui ne se déchargent presque pas). Le phénomène d'autodécharge est important dans les 24 h qui suivent la charge et il s'amplifie avec la température. Au contraire, le froid ralentit les réactions chimiques, donc les accus s'autodéchargent moins vite dans le froid.

C

Capacité

La capacité électrique d'une pile ou d'un accumulateur est exprimée en milliampères/heure. Si une pile (ou un accu) peut fournir 1 000 milliampères (1 000 mA) de courant pendant 1 heure, elle a une capacité de 1 000 mAh. La capacité est directement dépendante de la quantité d'électrolyte et d'électrode. La capacité électrique est une valeur importante qui n'est utilisée comme caractéristique que pour les accumulateurs. D'ailleurs, l'indication est obligatoire sur l'accu même. Les accus Ni-Cd de format AA ont une capacité inférieure à 1 000 mAh, alors que certains Ni-MH atteignent presque 3 000 mAh.

Cathode

C'est la substance qui cède les électrons au cours de la réaction d'oxydoréduction qui se produit lorsque la pile ou l'accu se décharge. La cathode est reliée à la borne positive de la pile ou de l'accu.

Chargeur

Pas d'accumulateur performant sans un chargeur adapté et de qualité. Le chargeur a pour fonction de recharger les accumulateurs. Il est impératif d'utiliser un chargeur qui détecte le moment où l'accu est chargé, et s'arrête à ce moment-là. Sinon, il y a surcharge, surchauffe et endommagement de la batterie, parfois destruction et danger avec les Li-ion qui peuvent exploser. La surcharge est aussi la cause l'effet mémoire pour les batteries au nickel. Aussi, un chargeur bien conçu doit commencer par décharger la batterie avant de la recharger. De manière générale, une charge lente est préférable à une charge rapide. Elle se fait théoriquement à 0,1× courant nominal (on dit aussi à 0,1 C, où C est la capacité de l'accu) pour les Ni-Cd et Ni-MH, et à tension constante pour les Li-ion. Cependant, la majorité des batteries au nickel sont chargées à 0,5 C. Les chargeurs dits rapides chargent au courant nominal (donc en 1 h) et certains ultrarapides ne mettent que 15 minutes, mais ils ne sont destinés qu'aux accus adaptés. Ces accus spéciaux sont dits de technologie I-C3 ou « In Cell Charge Control », en français : « contrôle de charge dans l'élément ». Ils embarquent l'électronique de régulation de charge, ce qui permet de maîtriser les courants de charge. Si un accu de ce type peut être chargé avec un chargeur classique, l'inverse n'est pas conseillé : un accu standard rechargé avec un chargeur ultrarapide sera endommagé et sa capacité risque de perdre jusqu'à 70 % de sa valeur initiale.

Courant

Le courant, normalement appelé « intensité », s'exprime en Ampères (A) ou en milliampères (mA). Il est défini comme la quantité d'électrons qui circule par seconde dans un conducteur électrique (fil électrique par exemple). Pour donner une représentation concrète, on peut comparer l'électricité à la plomberie : le courant dans un fil électrique serait le débit d'eau qui circule dans un tuyau. Le courant n'est pas une caractéristique des piles ou accus, car le courant fourni varie selon l'appareil alimenté. Le courant nominal d'un accumulateur est le courant qui permettrait de charger l'accu en 1 heure. Pour un accu de 2 500 mAh de capacité, le courant nominal est 2 500 mA, soit 2,5 A.

E

Effet mémoire

Ce phénomène ne concerne que les accumulateurs au nickel et les Ni-Cd y sont plus sensibles que les Ni-MH. Ce que l'on appelle « effet mémoire » est une perte apparente de la capacité des accumulateurs. Deux explications sont possibles.

1. Ce serait une conséquence de la recharge de l'accu alors qu'il n'est pas complètement déchargé. Le niveau de charge qu'avait l'accu au moment où on l'a rechargé serait gardé en mémoire (d'où l'appellation) et considéré comme celui d'un accu déchargé. Il serait dès lors impossible de restituer l'énergie restante, d'où la perte de capacité. Cette explication mise au conditionnel n'est vraie que dans le cas où l'on recharge toujours l'accu quand il a atteint exactement le même niveau de décharge, et ce de nombreuses fois, ce qui est assez peu probable dans le cas d'une utilisation classique.

2. Plus probablement, il s'agirait d'une surcharge répétée de l'accu, causant un phénomène physico-chimique qui affecte ses performances. La surcharge a pour conséquence une diminution de la tension nominale des accus (avec augmentation de la résistance) qui donne l'impression que ceux-ci sont « presque vides » assez rapidement (voire complètement vides dans le cas d'appareils électroniques qui s'arrêtent dès que la tension passe en dessous de leur seuil de détection). Mais la capacité n'est pas affectée : la quantité d'énergie que l'accu peu délivrer est toujours la même, elle l'est juste à une tension plus basse, située un peu au-dessus de 1 V pour un élément d'accu au nickel.

Le problème n'est pas irréversible, mais on croit souvent qu'il sera résolu ou atténué si l'on surcharge un peu l'accu fatigué. Erreur évidemment, puisqu'on l'amplifie. Un accu au nickel frappé « d'effet mémoire » dû à une surcharge peut être réparé en effectuant une décharge profonde, c'est-à-dire jusqu'à une tension de 1 V, élément par élément (pas de montage en série), suivie d'une recharge sans surcharge. Il faut de préférence utiliser un appareil autre que celui habituellement employé ou, mieux, utiliser un appareil de décharge spécifique (le chargeur le permet parfois). Attention donc au type de chargeur utilisé, et ne laissez jamais les accus au nickel en charge trop longtemps, même avec un chargeur intelligent qui délivre un courant d'entretien censé compenser une autodécharge.

P

Pile

Une pile électrique (que l'on appelle plus simplement pile) est un dispositif électrochimique qui transforme de l'énergie chimique en énergie électrique. La pile est jetable et fait l'objet d'un tri sélectif à cause de la présence de métaux lourds.

Pile alcaline

 

Image

C'est une pile polyvalente. Son nom provient de l'électrolyte qui est constitué de potasse (le potassium est un métal alcalin, d'où le nom d'alcaline).

Pile saline

Pile destinée aux appareils à faibles besoins. Son nom provient de l'électrolyte qui est constitué de chlorure d'ammonium (composé ionique autrefois appelé sel, d'où le nom de saline).

T

Tension

La tension (dont le vrai nom est « différence de potentiel ») est une valeur exprimée en volts (V). C'est la force potentielle du courant électrique. La comparaison avec la plomberie faite pour le courant est toujours valable, mais cette fois, la tension correspond à la pression de l'eau. Ainsi, on imagine aisément que l'on peut avoir une tension très élevée et un faible courant (circulation d'eau dans un tuyau de très faible section donc à forte pression mais faible débit) ou le contraire. Contrairement au courant, la tension est une caractéristique des piles et accus car elle ne varie (presque) pas en cours d'utilisation, quel que soit l'appareil alimenté. La tension nominale est la tension moyenne en phase de décharge. Pour les accus au nickel, elle est de 1,2 V par élément, pour les accus au lithium, elle est de 3,6 V. Le propre des piles et accumulateurs est que l'on dispose d'une tension (relativement) constante au niveau de leurs bornes au cours de la décharge : pour les piles (neuves) de format AA, elle est de 1,5 V alors que pour les accumulateurs, elle vaut 1,2 V. Cette tension de 1,2 V est inhérente à la technologie des accus. C'est la tension nominale d'un élément au nickel (Ni-Cd ou Ni-MH). Lorsque la pile ou l'accu est déchargé, cette tension baisse doucement mais la réaction électrochimique qui se produit confère une tension à peu près constante. Néanmoins, la pile ou l'accumulateur sera vide lorsque la tension aura atteint une valeur trop basse pour faire fonctionner l'appareil.

C'est comme cela que nous évaluerons les produits. Attention à ne pas laisser l'accu se vider trop. Si possible, la tension d'un élément au nickel devra rester supérieure à 1 V, au risque de ne pouvoir le recharger après. La tension de deux piles (ou accus) montées en série, c'est-à-dire bout à bout, s'additionne : ainsi, deux piles AA délivrent une tension de 3 V, et deux accus délivrent 2,4 V. D'où problème avec certains appareils électroniques : en effet, certain appareils électroniques récents tels que les caméscopes sont conçus pour s'arrêter de fonctionner lorsque l'alimentation ne délivre plus une tension suffisante. Ils ont équipés d'un détecteur de seuil de tension. Comme les accus chargés ne sont qu'à 1,2 V au lieu de 1,5 pour les piles, il arrive que le seuil de tension soit très proche de la tension nominale, donc dès que la tension des accus baisse un tant soit peu, l'appareil ne fonctionne plus, comme si les accus étaient vides. Or, ce n'est pas le cas. Les accus ne sont donc pas adaptés à certains types d'appareils électroniques, surtout s'ils nécessitent plusieurs accus montés en série. Nous avons vécu l'expérience avec la télécommande électronique d'une lampe Philips (Living Colour). Mais ce n'est pas une généralité : des accus conviennent très bien à une souris sans fil de la marque Logitech. En cas d'utilisation de plusieurs piles ou accus dans le même appareil (afin d'obtenir la tension nécessaire), la performance de l'ensemble des piles est celle de son élément le plus faible : il faut donc changer toutes les piles en même temps et utiliser de préférence des modèles similaires.

Élisabeth Chesnais

Contacter l’auteur(e)

Lars Ly

Rédacteur technique