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RÉSUMÉ
Les accumulateurs au plomb sont très présents dans le secteur de l’automobile, notamment dans les véhicules à combustion interne, mais aussi comme batteries stationnaires. De plus, on leur prévoit un bel avenir également dans le stockage intermédiaire des énergies renouvelables. Cet article commence par décrire la constitution et le principe des accumulateurs au plomb, il poursuit par la présentation de ses caractéristiques électriques et les causes de défaillance. Pour terminer, il présente différentes applications de ces dispositifs.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jack ROBERT : Professeur émérite à l’université Paris Sud XI
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Jean ALZIEU : Ingénieur-chercheur à Électricité de France
INTRODUCTION
L’ingénieur français, Gaston Planté a réalisé le premier accumulateur au plomb en 1860. Ce dispositif a connu, grâce à l’automobile, un développement considérable, puisque sur un véhicule à combustion interne, un accumulateur au plomb assure le lancement du moteur (starting) et intervient au niveau de l’éclairage (lighting) et de l’allumage (ignition). À ce débouché, dit des « SLI batteries », s’ajoutent celui, également important, des batteries stationnaires (téléphone, secours…), ainsi que celui, plus restreint, de la traction lourde (camions, autobus électriques, engins de levage…). Enfin, le stockage intermédiaire qui accompagne généralement l’exploitation des énergies renouvelables, solaire et éolienne, laisse prévoir un nouvel et important débouché. On reviendra sur ces points, mais il a paru utile de les évoquer en préambule, du fait de leurs conséquences. Dans ces domaines, les intérêts économiques sont tels et la concurrence, si rude, que malgré la perspective de débouchés accrus ou nouveaux, les entreprises restent très prudentes en matière d’innovation.
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4. Caractéristiques électriques
4.1 Généralités
La réaction [4] en décharge, c’est-à-dire lue de la gauche vers la droite, met en jeu 2 faradays. On vérifie que 3,86 g de plomb, 4,46 g de dioxyde de plomb et 3,66 g d’acide sulfurique doivent théoriquement fournir 1 Ah. En fait, il n’en est rien, parce que la matière active positive est d’autant moins utilisée qu’elle est située loin des faces de la plaque mouillée par l’acide et que le régime de décharge est élevé. Une molécule de dioxyde de plomb se transformant lors de la décharge en une molécule de sulfate de plomb, on définit le taux de transformation local τ(M) comme le rapport, pour un élément de volume infinitésimal entourant le point M, du nombre de molécules de sulfate de plomb, au nombre initial de molécules de dioxyde de plomb. Une sommation sur le volume de la plaque renseigne sur la proportion globale de dioxyde de plomb transformé et donc, sur les performances de l’accumulateur. Il importe de noter que les constructeurs font en sorte que le taux de transformation de la matière active positive soit effectivement le facteur limitant les performances de l’accumulateur, la matière active négative étant en excès.
La modélisation du fonctionnement du matériau actif positif aboutit à la prévision de son taux de transformation le long d’un axe normal au plan des plaques, [14]. Le graphe correspondant est une courbe dite « en U », de par son allure, (figure 9 a ). Schématiquement, une courbe en U comporte trois zones :
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un palier où le taux de transformation est maximal, soit τ M . La zone concernée, notée 1 sur la figure 9 a , est proche de la surface de la plaque. τ M ne dépend que de la porosité de la matière active dans cette zone, le processus de décharge s’interrompant avec l’obstruction des pores par le sulfate ;
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un palier où le taux de transformation est minimal, soit τ m , (zone 3, figure 9 a ). Cette valeur correspond à l’utilisation de l’acide en fond...
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