Le monde des BATTERIES
Documentation
Actualité internationale: 1999, 2000, 2002, 2003, 2004
Document Energies Renouvelables / SSES, No 3/2004, mai 2004, p. 26-27

"Batteries au plomb: choisir la bonne technologie"
Document Systèmes Solaires, No 118, mars-avril 1998, p. 9-18
"La fée électricité mise en boîte"
(avec deux petits exercices pratiques de calcul d'installations)
*
Un document plus ancien mais très complet:
L'accumulateur "mille-feuilles", document de Science et Vie de 1990

Un livre sur les batteries
(s'il n'y en avait qu'un, ce serait celui-là?!)
Comment les batteries des systèmes photovoltaïques fonctionnent-elles? Comment traiter au mieux ces batteries? Quels sont leurs caractéristiques techniques? Ce guide pratique et documenté, illustré de nombreux graphiques, répond à toutes ces questions. Véritable mode d'emploi des batteries des systèmes photovoltaïques, cet ouvrage en langue anglaise s'adresse aussi bien aux ingénieurs, concepteurs et fabricants de batteries qu'aux utilisateurs finaux soucieux de mieux comprendre leur fonctionnement.
        David Spiers et Jimmy Royer
        Edition : Naps International (Neste Advanced Power Systems)
        Tél.: + 358 204 501
        Fax : + 358 2041 50 5759
        Site Internet : http://www.neste.com

        CEDRL (Canadian Energy Diversification Research Laboratory of
        Canmet) Tél.: + 1 450 652 4621
        Fax : + 1 450 652 5177
        Site Internet : http://cedrl.mets.nrcan.gc.ca


Essai d'abécédaire
(Source "Tam-Tam")
N'hésitons pas, pour commencer, à être un peu iconoclaste:
    Définition: parfois, appelé "accu", ce bidule, hélà souvent lourd, est destiné à emmagasiner de l'électricité (toujours en courant continu...). La plus grosse batterie du monde, c'est la terre qui mit 3-4 milliards d'années à se charger et qui, au rythme où vont les choses, sera déchargée par nous, disons en une centaine d'années...
    Ce qui équivaudrait à charger une batterie durant 100 ans et la décharger, SANS POUVOIR JAMMAIS LA RECHARGER, en... 2 (deux) minutes !
    Il est "amusant" de constater que beaucoup de nos véhicules électriques "modernes" utilisent encore le vieil "accu" au plomb...
    Il existe bien une batterie garantissant une autonomie de plus de 600 km, mais elle coûte horriblement cher et surtout ne peut pour l'instant être rechargée qu'une dizaine de fois: c'est la zinc-argent.
Voici ce qui existe sur le marché actuellement en date du 11/98
    mais que chacun n'hésite pas à me communiquer toute information, précisions (je reconnais qu'il en manque beaucoup!), nouveauté ou... erreur!
- Plomb-acide: c'est celle de toutes nos voitures et camions. Pas trop chère, elle est fiable, recyclable mais donne moins de 35Wh / kg (je n'indiquerai plus "/kg" pour les batteries suivantes)
- Scellée plomb-acide: entretien nul, sans ajout de liquide; peut être utilisée dans n'importe quelle position. Energie <39Wh
- Bipolaire plomb-acide: très chère, recharge rapide permise et surtout, durable. < 50Wh
- Nickel-Cadmium: chère, toxique, effet de mémoire. < 55Wh
- Nickel-fer: très chère, non toxique, durable mais s'échauffe. <55Wh
- Nickel-métal hydrure: très chère, non toxique, durable. <90Wh
- Zinc-bromure: analogue à la précédente mais très toxique. <90Wh
- Sodium-sulfure: très chère, fonctionne à 300 degrés d'où danger d'incendie. <110Wh
- Lithium-ion (SAFT): sûre, puissante, formes diverses. <150Wh
Deux types de batteries font beaucoup parler d'elles actuellement:
- plomb pur (Hawker): meilleure en bien des points que celle au plomb-acide même scellées
- Vanadium Redox; ici l'énergie, en solution liquide, est stockée dans deux réservoirs: des pompes font corculer la "catholythe" et "l'anolythe" à travers la batterie. Elle peut être déchargée complètement sans dommage. Il est possible de la recharger instantanément: il suffit de changer les électrodes. Assez complexe, elle a cependant beaucoup de qualités. L'électrolyte est à base de H2SO4 et V2O5.
Un aparté sur les piles
Pour en fabriquer une, il faut 50 fois plus d'énergie qu'elle n'en restitue. De plus elle contient des métaux lourds très polluants et très difficilement recyclables. Du point de vue écologique (on ne me guérira pas...) il faudrait donc mieux lui préfer l'électricité fournie par le secteur (je sais, en France c'est produit à 78.2% par du nucléaire...) et l'argument prix n'est pas négligeable non plus: alors que le kWh vendu par EDF nous est facturé actuellement moins de 1F (et, paradoxalement - pas pour EDF... - parfois beaucoup moins pour les gros usagers), une pile qui coûte 3F ne fournit qu'environ 3 Wh, ce qui met le prix du kWh à...1000F => utiliser une pile, c'est consommer 50 fois plus d'énergie et 1000 fois plus d'argent!!!...
Quand même un peu de technique
La tension par cellule est d'environ 2,15V pour les batteries au plomb, elle est de 1,2V pour les Nickel-cadmium et de 4V pour les lithium. Ainsi la batterie "classique" (plomb-acide) de voiture est composée de 6 cellules branchées en série pour faire 12V nominaux.
Entretien des batteries
(Source Ajena)
    En Franche Comté, une centaine d'utilisateurs de générateurs d'électricité en sites isolés utilisent des batteries (photovoltaïque, éolienne, voire même hydraulique ...). La batterie au plomb acide est la forme de stockage de l'énergie électrique la plus couramment utilisée, en raison de son coût relativement faible et de sa large disponibilité. Les batteries nickel-cadmium, plus chères, sont cantonnées dans les applications où la fiabilité est vitale.
De quoi est constituée une batterie?
    Une batterie au plomb acide est un ensemble d'éléments de 2 volts connectés en série pour obtenir la tension d'utilisation désirée. Ces éléments sont constitués de plaques positives et négatives, assemblées en alternance. Le nombre de plaques de chaque polarité, leur surface, ainsi que la quantité d'acide disponible dans l'électrolyte (composé chimique liquide ou gélifié dont le rôle est de fournir les ions sulfates nécessaires aux réactions d'oxydo-réduc-tion produites lors des recharges et décharges d'une batterie) sont des paramètres qui définissent la capacité de l'élément (aptitude pour une batterie chargée de restituer un certain nombre d'ampères heure, en régime de courant de décharge constant, sous une tension d'arrêt et une température définies).
Les contraintes de stockage de l'énergie photovoltaïque dans un accumulateur au plomb.
    Tout d'abord, il est important d'installer les batteries dans un local frais et ventilé pour évacuer par siphonnage l'hydrogène plus
léger que l'air (un mélange de 4% d'H2 dans l'air est détonnant). A la mise en service de l'installation, l'expérience montre qu'une surcharge des éléments à 2,45 volts permet d'améliorer nettement la durée de vie. Ces contraintes sont les suivantes:

- Contraintes liées aux cycles de charge/décharge dues au cycle journalier (dont le profil et l'amplitude dépendent de la puissance et de l'énergie fournie par le générateur), par celles demandées par l'utilisateur et par la météorologie (ensoleillement, vent, ...).
- Contraintes liées aux décharges profondes (jusqu'à 60% de sa capacité) et prolongées, dues à des périodes de faible ensoleillement.
- Contraintes liées aux surcharges d'été prises en charge par la régulation.
- Contraintes liées à l'immobilisation qui ne permettent pas l'homogénéisation de l'électrolyte (stratification due aux recharges successives sans production intense de gaz) et se traduisent par une concentration plus élevée en acide au fond des bacs.
- Contraintes liées à la maintenance, qui peut affecter de manière significative la fiabilité du système. Il est important que les usagers vérifient le bon état de leurs batteries, car le plus souvent la maintenance est à leur charge. Les manipulations à effectuer concernent la remise à niveau de l'électrolyte avec de l'eau déminéralisée, et le nettoyage les bouchons, car des dépôts conducteurs peuvent entraîner des résistances de fuite entre les bornes. Une recharge d'égalisation des éléments en vue d'équilibrer leur état de charge peut être nécessaire périodiquement.

Mesure de la densité
    La densité est le paramètre le plus simple pour définir l'état de charge et de santé d'un élément. La densité de l'électrolyte dans un accumulateur au plomb-acide est fonction de la concentration d'acide sulfurique, de l'état de charge et de la température. Pour les batteries à usage solaire la densité haute peut varier de 1,24V pour les batteries stationnaires à 1,30V pour les batteries à plaques planes (type démarrage à proscrire pour des installations photovoltaïques car elles ne supportent pas les cyclages). En fin de décharge la densité peut avoisiner 1,15. Arrivée à 1,10 la batterie n'est plus rechargeable.
    Le relevé de la densité, facile d'apparence, peut poser des problèmes. Au moment de la mesure, la température de l'électrolyte doit être relevée pour avoir des valeurs comparatives, les densités nominales étant annoncées pour une température de référence (la densité décroît lorsque la température monte). Avant d'effectuer la mesure, il faut homogénéiser l'électrolyte soit par brassage mécanique (on envoie des bulles d'air par le bas de l'élément) soit en provoquant une surcharge (production massive de gaz). Ces conditions de relevés maîtrisées, il faut tenir compte de l'âge de la batterie car en vieillissant, une partie de l'acide absorbé par la sulfatation irréversible et l'oxydation des grilles, n'est plus restitué à l'électrolyte. Il s'ensuit une baisse de densité qui s'accroît au fur et à mesure que la batterie vieillit.
Cécyl Ricard 

Sites généralistes
· Piles et accumulateurs: un site scientifique très sympathique et documenté, extrait de "La chimie pour mes nuls"!
· Batteries Ni-Cd: un autre site sympa et personnel mais très documenté également (français et anglais)
· Disponible aux Techniques de l'ingénieur:«Piles et batteries», J-P. TERRAT, M. MARTIN, A. LEVASSEUR et G. MEUNIER
· Etude expérimentale des piles
Professionnels
(liste en cours d'élaboration)
· AVESTOR: "Leader mondial des batteries lithium-métal-polymère"
· SAFT : (division Batteries d'Alcatel)
Quid du recyclage des batteries?
Source ADIT, 12/2003, Grande - Bretagne: une solution pour le recyclage des batteries
    Aujourd'hui, la plupart des batteries Li-ion utilisées au Royaume-Uni, sont envoyées en fin de vie en France où elles sont incinérées.
    Ce procédé, en plus de ne pas être écologique, ne permet de recycler qu'un nombre très limité de matériaux. Les fabricants d'appareils électroniques vont être soumis à une réglementation européenne de plus en plus stricte et seront bientôt responsables du recyclage de ces batteries.
    La société britannique AEA Technology (AEAT), qui fabrique de telles batteries, a décidé de réagir. Grâce aux connaissances acquises lors du développement de ces produits, AEAT a concu un nouveau procédé de recyclage qui permet de récupérer une grande partie des métaux utilisés dans ces piles.
    Pour mettre en œuvre ce nouveau procédé, une usine de 2 millions de livres (2,9 millions d'euros) sera construite à Sutherland dans le nord de l'Ecosse. Cette usine sera la seule de ce type en Europe.
    Lorsque elle entrera en service à la fin de l'annee 2004, elle sera capable de recycler la totalité du marche britannique des batteries usagées et de répondre aux besoins d'une partie du marché europeen.
    Cette usine, qui est une des implantations industrielles les plus importantes dans cette région de l'Ecosse, est massivement supportée par les administrations régionales qui apporteront plus de la moitié de la somme nécessaire à sa construction.
Source: The Engineer, 24/10/03, p.13 ; Scottish Executive, press release, 07/10/03; AEAT