back.gif (853 octets) Batteries

Une page préparée par Didier

back.gif (853 octets) Introduction

Leur rôle est d'emmagasiner et de restituer de l'énergie électrique destinée à alimenter les récepteurs électriques d'une automobile : Ampoules, Moteurs, Eléments chauffants, Electronique, etc.
Le terme "Batterie" est en fait une contraction de la désignation exacte de cet organe dont le nom précis est "Batterie d'accumulateurs électriques", nous verrons plus loin la raison de l'emploi du mot batterie. La batterie au plomb a été inventée en 1859 par Gaston PLANTE. En 1881, le luxembourgeois Henri OWEN TUDOR reprend le principe de l'accumulateur PLANTE et l'industrialise en introduisant des plaques de plomb coulé, enduites d'une pâte active. Beaucoup plus robuste, l'accumulateur ouvert tel que nous le connaissons est né.  En ce qui concerne les batteries automobiles, on a vu apparaitre les batteries sans entretien en complément des batteries dites "ouvertes".

back.gif (853 octets) Principe de fonctionnement

Il repose sur un processus chimique qui met en œuvre deux parties solides, les électrodes immergées dans un liquide, l'électrolyte. Par convention, l'électrode qui correspond au pole positif est l'anode, et l'électrode qui correspond au pole négatif est la cathode. Ces trois éléments constituent une cellule d'accumulation d'énergie.

Lorsque la batterie est chargée l'électrolyte est constitué d'eau H2O et d'acide sulfurique H2SO4 . Cette solution présente la particularité de contenir des ions en suspension (En d'autres termes des particules chargées). Les électrodes sont réalisées dans deux matériaux sensiblement différents: du plomb Pb pour l'anode et du dioxyde de plomb PbO2 pour la cathode.

Pendant le cycle de décharge, le dioxyde de plomb de la cathode se transforme par oxydation en sulfate de plomb (PbSO4) en libérant de l'oxygène (02) et en captant des électrons (-0.365V). L'anode fixe la partie sulfurée de l'acide par réduction pour donner du sulfate de plomb (PbSO4) et libérer des électrons (1.685 V). Cette migration d'électrons crée un courant issu de l'électrode positive qui va traverser tous les récepteurs électriques branchés dans le véhicule pour revenir à l'électrode négative.  A l'issue de la réaction chimique (batterie déchargée, l'électrolyte est constitué d'eau pure et les électrodes sont revêtues de sulfate de plomb (PbSO4); plus aucun ion n'est disponible pour réagir avec les électrodes, aucun courant ne peut plus être formé: la batterie est déchargée.

Pendant le cycle de charge, le processus est inversé et les électrodes retournent progressivement à leur état d'origine en s'accompagnant de formation d'hydrogène. La charge de la batterie est assurée par un générateur de tension continue, l'alternateur. Ce dernier produit une tension constante de l'ordre de 14 V.

Une batterie au plomb se caractérise essentiellement par :

back.gif (853 octets) Pour aller un plus loin...

Vous aurez noté que la réaction chimique observée pendant la décharge produit une différence de potentiel de l'ordre de 2V aux bornes d'une cellule. On pourrait s'en contenter, mais alors, le courant consommé pour alimenter les récepteurs électriques imposerait l'emploi de fils conducteurs de grosse section, pesants et coûteux. Exemple, pour alimenter une ampoule de feux de routes de 35W, il faudrait utiliser un fil d'alimentation supportant 35 / 2=7.5 A (P = U . I , avec P en Watt, U en Volts et I en Ampères)! Pour diminuer l'intensité du courant d'alimentation des organes électriques, les cellules de production électriques ont été reliées en série, formant une batterie d'accumulateurs. L'emploi de batteries à 6 cellules a été généralisé sur les voitures modernes, délivrant ainsi une tension de 12.6 V. La tendance va vers l'utilisation de circuits électriques mettant en œuvre des tensions de 24 voire 48 V.

Il est possible dévaluer l'état de charge d'une batterie "ouverte" sans avoir recours à un voltmètre! Il suffit pour cela de mesurer la densité de l'électrolyte à l'aide d'un pèse acide (il s'agit tout simplement d'un flotteur lesté et gradué). La masse volumique de l'électrolyte (exprimée en kg/l) d'une batterie chargée est de 1.28, alors que celle d'une batterie déchargée est de 1.00, c.a.d. la densité de l'eau pure! Certaines batteries sont équipées d'un voyant mécanique. Il s'agit tout simplement d'un flotteur dont l'extrémité est colorée et indique que la batterie est en état lorsqu'il apparait dans sa lucarne.

° Baumé

H2SO4

° Baumé

H2SO4

13

1.099

23

1.190

14

1.107

24

1.200

15

1.116

25

1.210

16

1.125

26

1.220

17

1.134

27

1.230

18

1.143

28

1.241

19

1.152

29

1.252

20

1.161

30

1.262

21

1.170

31

1.274

22

1.180

32

1.285

Dans les batteries sans entretien, l'électrolyte liquide est remplacé par un gel pour limiter le phénomène d'évaporation.

back.gif (853 octets) Charger une batterie

Un chargeur simple convient parfaitement. L'idéal est qu'il possède un ampèremètre et un dispositif de limitation du courant. Brancher d'abord les pinces de sortie (rouge au pole + et bleu ou noir au pole - de la batterie) du chargeur sur la batterie avant de mettre ce dernier sous tension. Un accumulateur au plomb se charge lentement et à une intensité maximum qui ne doit pas dépasser le dixième de sa capacité (exprimée en Ah). Par exemple on chargera une batterie de 40 Ah avec une intensité de 4 ampères maximum. Au bout d'une douzaine d'heures on peut vérifier que le dégagement de gaz n'est pas trop important en ouvrant les bouchons sur une batterie "ouverte". Attention aux projections d'acide et au dégagement d'hydrogène (hautement inflammable). Mesurer la tension à vide qui peut atteindre 2,2 volts par élément (13,2 V pour une batterie de 12 volts).

La tension à vide d'une batterie chargée doit être supérieure à 11.5 V. Si ce n'est pas le cas, la batterie est irréversiblement déchargée et doit être remplacée. Si par inadvertance, vous avez laissé votre batterie se décharger complètement, elle n'en est pas fichue pour autant: il suffit de la recharger le plus tôt possible. En revanche, au delà de 24 h de décharge profonde, n'espérez pas la sauver...

back.gif (853 octets) Trucs et astuces

Température 0°C 10°C 15°C 20°C 25°C 30°C
Capacité 80% 92% 95% 100% 103% 105%

H2SO4

Température de gel (°C)

1,00

0

1,05

-3,3

1,1

-7,8

1,15

-15

1,2

-27

1,25

-52

1,30

-71

 

 

Batteries sans entretien: Un dégazage se produit, mais comme il n'est pas possible de rajouter de l'eau, la batterie se dessèche peu à peu et la durée de vie est alors très faible. Les performances des batteries sans entretien sont très liées à la qualité de la régulation de la charge

Pour les batteries ouvertes, le dégazage est nécessaire et bénéfique car il combat la stratification, mais il ne doit pas dépasser quelques minutes car le dégazage provoque une élévation de température, les bulles descellent les matériaux actifs des grilles, le dégazage consomme de l'électricité et les dégagements gazeux consomment de l'eau, ce qui a pour effet d'augmenter la concentration de l'électrolyte en acide sulfurique ( + de corrosion) ainsi que d'augmenter les besoins en maintenance. La production d'hydrogène induit des risques d'explosion.

Démarrage à l'aide d'une batterie de secours

back.gif (853 octets) Liens

Notion sur les accumulateurs au plomb-acide:
http://pagesperso-orange.fr/xcotton/electron/Notion_Accumulateur_Pb.pdf

Animation flash détaillant le processus chimique
http://sitelec.org/cours/abati/flash/batterie.swf

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