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Électricité - Batterie

Histoire  

La batterie au plomb est d'origine française. Gaston Planté a inventé la batterie au plomb au milieu de XIXème siècle et Camille-Alphonse Faure en a considérablement amélioré la capacité et en a permis la fabrication industrielle dès 1880. Henri Owen Tudor, inventeur luxembourgeois, a encore amélioré la technique de fabrication et d'utilisation des ces batteries.

Fonctionnement  

Historiquement, les anciennes automobiles étaient équipées de batteries de 6 V à 3 éléments. À l'époque moderne, les batteries de 12 V à 6 éléments sont généralisées sur les voitures et motocyclettes, alors que les véhicules lourds ou militaires utilisent le 24 V.

Ces batteries sont composées d'éléments de 2 V reliés en série. Ces éléments sont formés de deux électrodes de plomb (Pb) baignant dans une solution d'acide sulfurique (H2SO4). Lorsque la batterie est chargée, l'électrode positive est recouverte d'oxyde de plomb (PbO2).

Lors de la décharge, sur l'anode, les ions H+ attaquent l'oxyde de plomb et forment de l'eau ; sur la cathode, les ions SO42- forment du sulfate de plomb.

Lors de la charge, c'est le phénomène inverse qui se produit.

Bien que d'une mauvaise énergie massique (env. 35 à 40 Wh/kg), elle continue d'être universellement employée en automobile car capable de fournir le courant de grande intensité nécessaire à actionner le démarreur.

Autrefois, on mesurait la densité d'électrolyte avec un densimètre et on fabriquait soi-même son électrolyte. Avec les batteries modernes, cette pratique a disparu.

Batterie automobileBatterie © DR

Caractéristiques d'une batterie  

Comment choisir une nouvelle batterie ?

Une batterie est caractérisée principalement par trois grandeurs renseignées sur l'étiquette. Par exemple : 12 V - 52 Ah - 470 A.

  • La première valeur (12 V) est la tension nominale de la batterie.
  • La deuxième valeur (52 Ah) est la capacité de la batterie, c'est-à-dire la quantité d'énergie qu'elle peut fournir en 20 heures à une température de 20° C, soit 2,6 A dans l'exemple choisi.
  • La troisième valeur (470 A) est la puissance de démarrage de la batterie ou plus exactement l'intensité maximum qu'elle est capable de fournir au démarrage à une température de -18° C pendant 30 secondes sans que la tension ne tombe en dessous de 1,4 V par élément. Plus ce chiffre est élevé, plus la batterie assurera un démarrage efficace.

La capacité réelle d'une batterie dépend de la vitesse de sa décharge ; plus la rapidité de la décharge est importante, plus la capacité réelle de la batterie est faible. Ainsi, si la batterie est déchargée en 10 heures, elle n'a une capacité réelle que de 93% de sa capacité théorique.

La capacité réelle d'une batterie diminue avec la température : c'est ce qui explique que les démarrages des véhicules sont plus difficiles lorsque la température est très basse. La courbe ci-dessous indique l'évolution de la capacité réelle en fonction de la température ambiante.

Capacité d'une batterie en fonction de la températureCapacité d'une batterie en fonction de la température © P. Bérenger

Durée de vie  

Il est important de prendre soin de sa batterie pour la faire durer, sachant qu'elle dépassera rarement 5 à 6 ans de bon usage dans le meilleur des cas en climat tempéré.

La température ambiante a son importance car une température ambiante de 30°C diminue de moitié la durée de vie prévisionnelle de la batterie.

Différentes causes peuvent accélérer le vieillissement d'une batterie :

  • la décharge profonde : les batteries en état de décharge complète doivent être rechargées sous un délai de 48 heures sous peine de dommages irréversibles ;
  • des décharges journalières trop importantes : une longévité optimale est obtenue si les décharges journalières ne dépassent pas 15% de la capacité théorique de la batterie ;
  • une charge trop rapide : le courant de charge doit être limité à 20% de la capacité théorique de la batterie. ex. : pour une capacité de 100 Ah, le courant de charge maximum sera de 20 A ;
  • une charge insuffisante : ne jamais laisser une batterie déchargée à plus de 50% ;
  • une surcharge : le bouillonnement excessif de l'électrolyte entraîne une perte par projections ;
  • l'autodécharge : une batterie, même inutilisée, perd sa capacité d'autant plus rapidement que sa température de stockage est élevée ; à 20°C, une batterie perd environ 1% de sa charge par jour et surtout peut perdre chaque mois de 5% de sa capacité.

Entretien  

Si elle est sans entretien, c'est à dire soit à électrolyte liquide, soit à électrolyte en gel, mais qu'elle est scellée, il n'y a rien à faire que de la garder chargée.

Si elle est à électrolyte liquide avec des bouchons, alors :

  • La garder chargée : hors utilisation, elle perd environ 1% de sa charge par jour. Il est intéressant, sur une ancienne qui roule peu, de la mettre en charge chaque mois ou mieux, de la charger en continu à l'aide d'un petit panneau photovoltaïque ; il en existe en vente sur Internet à moins de 50 €.
  • Surveiller le niveau d'électrolyte : ajouter de l'eau distillée lorsque les plaques tendent à se découvrir. Ne jamais ajouter d'acide.
  • La maintenir propre : éliminer les sels de sulfate autour des bornes et graisser leur surface extérieure.

Recharger une batterie  

On estime qu'une batterie est chargée lorsque chacun de ses éléments présente une tension de 2,1 V. A contrario, elle est déchargée lorsque cette valeur atteint 1,8 V.

ATTENTION : Une batterie en charge dégage de l'hydrogène ; ce gaz est dangereux car à la moindre étincelle, ce peut être l'explosion ! Aussi, veillez à toujours faire cette opération dans un local bien ventilé.

Chargeur

L'ordre de branchement des câbles est important pour éviter toute fausse manoeuvre et tout court-circuit. Brancher d'abord la borne qui n'est pas à la masse du véhicule ; c'est souvent le +, mais attention aux vieilles anglaises... Ensuite brancher l'autre borne puis en dernier le secteur. Débrancher dans l'ordre inverse.

Un chargeur de bonne qualité permet de conserver les performances de la batterie. Il applique à la batterie au plomb un courant continu d'une valeur quelconque mais qui n'entraîne pas aux bornes de la batterie l'apparition d'une tension supérieure à 2,35 à 2,40 V/élément à 25°C.

Il fonctionne ainsi suivant deux phases :

  • La phase CC (Constant Current ou Courant Constant) au cours de laquelle la tension par élément est inférieure à 2,35 V malgré l'application du courant maximum dont est capable le chargeur : le courant est déterminé par le chargeur, et la tension par la batterie. La tension aux bornes de chaque élément augmente alors au fur et à mesure que la batterie se recharge.
  • La phase CV (Constant Voltage ou TC Tension Constante), dite aussi « phase d'absorption » commence dès que la tension par élément atteint la valeur de 2,35 V puisque l'application de la consigne ci-dessus conduit le chargeur (son système asservi le transformant en un générateur de tension) à ajuster le courant de telle sorte que la tension reste égale à 2,35 V/élément alors que la batterie continue de se charger. Le courant au cours de cette phase est donc une fonction décroissante du temps. Il tend théoriquement vers 0 asymptotiquement.

En fin de charge le courant en phase CV ne devient pas nul  il se stabilise à une valeur faible qui n'accroît plus l'état de charge mais électrolyse l'eau de l'électrolyte. On préconise donc d'interrompre la charge, ou, si on veut appliquer une charge permanente (dite d'entretien ou de « floating », afin de compenser le phénomène d'autodécharge), de baisser la tension de consigne à une valeur de l'ordre de 2,3 V/élément.

La charge CC/CV s'est généralisée car elle seule permet de charger à fort courant (donc rapidement) sans endommager la batterie. Ce mode de charge est utilisé dans toutes les automobiles : en phase CC, le courant de charge dépend essentiellement de la vitesse de rotation de la dynamo ou de l'alternateur (et donc du moteur). En phase CV, la tension de consigne est maintenue par l'asservissement que constitue le régulateur de tension. Celui-ci régule le courant de sortie de la dynamo ou de l'alternateur de façon qu'il n'entraîne jamais une tension supérieure à 2,35 V/élément.

Lorsque dans le cas des chargeurs bon marché, on ne dispose pas d'un chargeur capable de limiter sa tension à la valeur de consigne correspondant à 2,35 V/élément, on recommande de limiter le courant de charge à 10% de la capacité de la batterie, afin de minimiser les conséquences dommageables du dépassement de tension qui risque de se produire en fin de charge (ainsi que les conséquences néfastes pour la durée de vie des électrodes pendant la charge).

Charge optimale d'une batterieCharge optimale d'une batterie © P. Bérenger

Panneau solaire

Avec un panneau solaire, la tension délivrée est bien inférieure à 2 V/élément. La charge est lente et bien adaptée à la batterie. Cet équipement peut rester branché en permanence.

Dépanner une batterie

Comment dépanner une batterie défaillante ?

Avec un booster ou des câbles de démarrage et une batterie de secours. L'ordre de branchement des câbles est là encore très important pour les mêmes raisons. Brancher d'abord la borne qui n'est pas à la masse de la batterie de secours, la raccorder avec l'un des câbles à la borne de même polarité de la batterie défaillante. Ensuite brancher la borne de masse de la batterie de secours et la raccorder à la même borne de la batterie défaillante. Si la batterie de secours est montée sur un véhicule, démarrer celui-ci et lui donner un régime d'environ 2000 à 3000 tr/mn. Démarrer le véhicule en panne. Dès que son moteur tourne, arrêter celui du véhicule de secours, puis débrancher les câbles dans l'ordre strictement inverse de celui du branchement.

Se débarrasser d'une batterie  

Pour la préservation de l'environnement, ne jetez pas votre ancienne batterie dans la nature, elle est constituée de composants très polluants. Déposez-la chez votre garagiste ou dans une déchetterie.

 

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