Comment fabrique-t-on une batterie ?

Les mystères de composition et de fabrication des batteries automobiles vous sont révélés, en même temps que les différents types de batteries existants.

batterie-lithium-ion-depannage-installation-informatique-paris-2eme-arrondissement-75002La batterie est l’élément indispensable au cœur de notre voiture : sans elle, pas de démarrage, pas de courant électrique. Mais comment est-elle fabriquée, de quoi se compose-t-elle et quels en sont les différents types ? Après cet articles, les batteries automobiles n’auront plus de secrets pour vous.

Une production en batterie. Il existe, en gros, trois grands types de batteries :

  • Les batteries SLI (Starting, Lighting and Ignition), ou batteries de démarrage, utilisées pour les automobiles à traction non électrique : elles représentent 80% du marché :
  • Les batteries de traction, utilisées pour les véhicules électriques : elles représentent 15% du marché ;
  • Les batteries stationnaires, utilisées en appoint du réseau électrique : elles représentent 5% du marché.

Si vous souhaitez entrer dans le détail, vous pouvez jeter un œil sur ce site.

La batterie de démarrage pour moteur thermique

La batterie classique de voiture, qualifiée de « batterie de démarrage », est la pile du véhicule : c’est elle qui fournit au moteur thermique l’énergie nécessaire à son démarrage. Pour cela, elle doit conférer un courant important sur une période brève. Puis, elle est automatiquement rechargée par un alternateur lorsque le moteur est en fonctionnement. La batterie remplit également une fonction secondaire : alimenter tous les consommateurs permanents (horloge, antidémarrage, récepteur de télécommande, alarme, mémoire de l’autoradio) lorsque le moteur est coupé. Impossible, en somme, de faire sans elle. Heureusement, elle est aisément repérable dans le moteur (il suffit d’ouvrir le capot pour la voir) et facile à changer. Contrairement à d’autres éléments de la voiture, il est encore possible de l’acheter par ses propres moyens (sur le site Yakarouler par exemple) et de la monter soi-même. 250 millions de batteries de ce type sont vendues en moyenne dans le monde chaque année (9 millions en France), et les technologies ne cessent de s’améliorer : pour preuve, la durée de vie des batteries au plomb a été multipliée par 2 en 10 ans.

Comment fabrique-t-on une batterie ?

Une batterie au plomb est constituée d’un ensemble d’accumulateurs, 6 exactement (chacun d’eux ayant une tension nominale de 2,1V), montés en série et reliés par des connexions en plomb soudées. Ils sont logés dans un bac en plastique fermé par un couvercle scellé. Chaque accumulateur se compose d’un ensemble de couples d’électrodes positives et négatives montés en parallèle. Entre chaque couple, on trouve un séparateur.

  • Les électrodes positives sont des grilles formées d’un alliage binaire ou ternaire de plomb dont les alvéoles sont remplis d’une pâte poreuse de peroxyde de plomb ;
  • Les électrodes négatives sont remplies de plomb métallique très poreux : on parle d’éponges de plomb métalliques ;
  • Les séparateurs isolent les électrodes (ou plaques) entre elles afin d’éviter le contact entre les positives et les négatives, qui pourrait produire un court-circuit. Ils prennent la forme de feuilles rectangulaires intercalées entre les plaques positives et négatives. Ils sont des isolants électriques parfaits, sont imperméables aux ions porteurs de charges électriques, empêchent le passage des particules de matière, ont une porosité élevée et une excellente tenue à l’acide sulfurique.

Une fois la batterie fermée, on ajoute de l’électrolyte – une substance conductrice contenant des ions mobiles. Pour les batteries, on utilise de l’acide sulfurique.

Durée de vie d’une batterie

Difficile d’estimer la durée de vie d’une batterie courante, dans la mesure où des facteurs nombreux rentrent en ligne de compte. Certaines conditions d’utilisation tendent néanmoins à réduire la durée de fonctionnement :

  • Des démarrages fréquents et des parcours de moins de 5km (car le temps de recharge est alors insuffisant) ;
  • L’utilisation du moteur à faible vitesse avec beaucoup de consommateurs électriques – par exemple, en roulant de nuit (phares allumés), sous la pluie (essuie-glaces en route), en hiver (chauffage à fond) et dans les embouteillages (moteur qui tourne au ralenti) : la batterie se décharge progressivement ;
  • Des périodes d’arrêt supérieures à deux semaines, répétées régulièrement : décharge profonde ;
  • Des périodes d’arrêt supérieures à deux mois : décharge totale ;
  • L’oubli répété des phares allumés à l’arrêt : décharge totale ;
  • Des températures négatives qui se prolongent : décharge plus importante au démarrage ;
  • Des températures élevées qui se prolongent : évaporation de l’électrolyte ;
  • Des défauts de fabrication (comme des connexions internes mal soudées).

De fait, si l’on prend en compte ces différents facteurs, il est impossible de prévoir avec certitude la durée de fonctionnement d’une batterie, qui peut tenir 10 ans sans soucis ou s’arrêter sans préavis au bout de 2 ans seulement. Sauf exception (défauts de conception qui conduisent à un arrêt brutal, sans signe précurseur), une batterie agonisante montre des signes caractéristiques de l’approche de sa fin, typiquement des difficultés de démarrage qui s’aggravent. Avant que ces signes n’apparaissent, un remplacement préventif n’a aucun intérêt.

Les batteries pour véhicules électriques

La fabrication des batteries pour voitures électriques s’apparente à l’industrie électronique, car elle fait appel à une technologie de pointe à base de lithium-ion. La batterie électrique se compose de trois éléments préalables à son fonctionnement :

  • Une anode (pôle négatif) ;
  • Une cathode (pôle positif) ;
  • Un électrolyte (élément liquide ou solide qui sert de conducteur électrique entre les deux pôles).

Sa fabrication se déroule en trois étapes :

  • Les métaux utilisés (terres rares) pour former l’anode et la cathode de la batterie sont raffinés et broyés en poudre ;
  • Ils sont ensuite mélangés à un solvant, pour former une encre qu’on imprime sur une feuille de métal conducteur ;
  • Enfin, le tout est placé dans un boîtier dans lequel on ajoute l’électrolyte, avant scellage définitif.

La batterie au lithium est l’avenir du marché

Il existe trois technologies différentes pour les batteries électriques :

  • Au plomb : l’anode et la cathode sont en plomb, le courant délivré est ainsi de forte puissance. Ces batteries offrent une faible autonomie ainsi qu’une faible durée de vie.
  • Au nickel : plus performantes que les batteries au plomb et meilleur marché, elles sont néanmoins polluantes et difficiles à recycler (à cause du cadmium).
  • Au lithium : ces batteries regroupent plusieurs technologies utilisant du lithium sous diverses formes. Elles sont les plus performantes, mais leur coût reste élevé.

Les batteries électriques au lithium, nouveau Graal de l’industrie, sont l’objet d’une véritable bataille internationale. Les enjeux de cette bataille sont nombreux, non seulement parce que les industriels s’affrontent pour gagner des positions sur ce marché, mais également parce que la fabrication de ces batteries nécessite des terres rares qui représentent, à elles seules, un objet de querelles commerciales.

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