Batterie d'accumulateurs

En 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.

Face 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.

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].

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.

L’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]

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