Batterie d'accumulateurs

Vue en coupe d'une batterie d'accumulateurs de voiture, avec ses six cellules en série et ses plaques de plomb, pour une batterie de 12 V.

Les accumulateurs sont souvent câblés en série afin d'obtenir la tension de batterie souhaitée.

Pour augmenter le courant disponible, il est également possible de recourir à un montage en parallèle des cellules.

Le propre de la batterie d'accumulateurs est donc d'augmenter la tension et/ou le courant disponible afin de correspondre aux caractéristiques d'une alimentation donnée.

La combinaison des deux techniques peut être faite en accouplant plusieurs éléments :

• en parallèle plusieurs blocs de cellules en série (technique déconseillée pour un assemblage dans un même pack)
• en série plusieurs blocs de cellules en parallèle (préférable)

Afin de simplifier les descriptions de montage des batteries d'accumulateurs, une notation usuelle est employée pour designer le couplage de :

• six cellules en série : notée « 6S »
• deux cellules en parallèle : notée « 2P »
• deux blocs en parallèle de six cellules en série : notée « 2P6S »
• etc.

Vers 2020, la France se situe à la huitième position (1,1 GWh) grâce aux usines de Saft et Forsee Power[8], mais plusieurs projets de gigafactories existent en France.

Situé dans l'ex-Bassin minier du Nord-Pas-de-Calais sur le territoire des communes de Douvrin et de Billy-Berclau (département du Pas-de-Calais, dans le Nord de la France), sur un site industriel construit, autrefois occupé par la société de la Française de Mécanique, dans le Parc d'activités Artois-Flandres, il est desservi par autoroute (via la Nationale 47) et potentiellement par voie navigable (Canal d'Aire à La Bassée)[9]. En 2021, le projet annonce que l'usine tournera en continu (travail en 3x8 heures par jour), 329 jours par an avec des livraisons 6 jours sur 7 (du lundi à minuit au samedi à 22h00)[9].

Ce projet a été soumis au débat public par la Commission Nationale du Débat Public (CNDP) du 25 février au 23 avril 2015.

Porté par la société Automotive Cells Company (ACC), le projet inclut une démolition de la quasi-totalité des bâtiments existants, leur remplacement par une triple ligne de production (blocs 1, 2 et 3) de capacité 8 GWh chacune) ;
Ses besoins en énergie nécessitent aussi la création d'une sous-station électrique pour le raccordement de l'usine à une ligne proche, et la création d'un poste de livraison de gaz naturel (GRDF) raccordé à une canalisation de gaz existante.

Le « bloc n°1 » couvrira 34,4 hectares entièrement (reconstruits : bâtiments, accès) sur le site qui s'étend au total sur 100 hectares [10]. Il projette de fournir environ l'équivalent de 8 GWh de batteries (de quoi répondre à 1/3 de l'équivalent des besoins en batterie de trois fois 75000 et 150000 véhicules électriques[9].

L'usine sera une installation classée pour la protection de l'environnement pour les rubriques :

• 3670 « Traitement de surface de matières, d'objets ou de produits à l'aide de solvants organiques » (aussi soumis à la directive Industrial Emission Directive3 (IED) ) ;
• 4121-1 « substance de toxicité aiguë de catégorie 2 susceptible d'être présente dans l'installation, substances et mélanges solides » ;

Elle sera classée « Seveso seuil bas », et a fait une demande de dérogation au titre de l'article L.411-2 du code de l'environnement (Cf. destruction d'espèces protégées et de leurs aires de repos et de reproduction, concerne 2 plantes protégées, cinq espèces de chauve-souris protégées, le Lézard des murailles, des espèces de Goelands (brun, cendré et argenté), ainsi que d'autres espèces d'oiseaux (Gorge bleue à miroir, Hirondelles), des batraciens (Grenouille verte et Crapaud commun) et également le Hérisson d'Europe) ; elle doit être compatible avec le schéma directeur d'aménagement et de gestion des eaux (SDAGE) du bassin Artois-Picardie (elle est construite dans le périmètre de protection rapproché et éloigné du captage d'eau potable de Douvrin), et être conforme au plan local d'urbanisme intercommunal du SIVOM de l'Artois et devrait être totalement opérationnelle vers 2028-2029[9].

La Mission régionale d'autorité environnementale (MRAe) a rendu un premier avis le 27 juillet 2022 (avis ne portant pas sur l'opportunité du projet mais uniquement sur la qualité de l'évaluation environnementale présentée par le maître d'ouvrage et sur la prise en compte de l'Environnement par ce dernier ; Il a été reproché à l'étude d'impact et à l'étude de dangers associée de n'avoir porté que sur les effets du premier bloc de production prévu, en omettant les blocs 2 et 3, alors que l'état initial concernait bien tout le site (à ce moment, seul le « bloc 1 » faisait l'objet d'une demande d'autorisation environnementale et d'une demande de permis de construire) ...ce qui ne permet pas, note l'AE d'apprécier l'impact global et d'étudier les mesures conservatoires ou de compensation à mettre en œuvre)[9]. De plus, l'autorité environnementale a demandé à l'industriel de préciser comment ce projet "s’inscrit dans la démarche du gestionnaire de la zone d’activité, le SIZIAF, de Territoire Engagé pour la Biodiversité et de préciser également comment le projet respecte de cadre national du « Zéro perte nette de biodiversité », et il « recommande de compléter l'analyse des effets cumulés du projet avec l'ensemble des projets en approfondissant notamment l'analyse des effets cumulés sur le trafic et les émissions de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques ». Le bloc 1 devrait consommer 20 000 m³/an d'eau potable et 300 000 m³ d'eau industrielle (pompée dans le canal, avec des restrictions en cas de sécheresse) venant de la nappe de la Craie de la vallée de la Deûle[9]. L'AE demande une étude d'impact plus précise, incluant les impacts des blocs 2 et 3. L’AE (autorité environnementale) a demandé une étude plus précise des effets des prélèvements en eau « industrielle » dans le canal sur tout le réseau hydrographique et ses dépendances (nappes phréatiques, zones humides amont et aval), et sur les autres utilisations (par les industries, l'agriculture, la navigation), en intégrant aussi l’impact du changement climatique sur la ressource en eau[9]. L'Industriel est aussi invité :

• à s'engager à respecter les préconisations de l’hydrogéologue relatives au captage d’alimentation en eau potable de Douvrin (annexées au dossier d'étude d'impact) ; ainsi que les préconisations de l'étude sanitaire (étude sur l'air et le sol qui montre notamment une pollution du site dépassant localement certains seuils ou valeurs limites pour le Cuivre, le Zinc (et le Lithium sur tous les points de mesures)[9].
• recourir, tant que possible au transport par voie d’eau et voie ferrée plutôt qu'au transport routier ; et permettre aux employés d’éviter de recourir à la voiture individuelle pour leurs déplacements domicile-travail[9].
• à étudier l'éventualité de séquelles minières[9] ;
• étudier ensemble les impacts des trois blocs de production prévus, de même pour l’étude de danger et l’étude sanitaire[9] ;
• produire des cartes et modélisations plus précises, plus complètes et moins fragmentaires des risques technologiques, recoupées avec les risques technologiques induits par les sites industriels voisins[9] ;
• « représenter l’ensemble des risques technologiques du secteur sur une seule et même cartographie afin d’analyse des effets cumulés et effets dominos éventuels »[9] :
• produire une étude d’empreinte écologique globale du projet, intégrant par exemple une analyse de cycle de vie des produits et un bilan carbone[9].

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].

La mise en charge des batteries est une opération primordiale pour que les batteries conservent leurs caractéristiques initiales[12]. On peut évaluer dans certains cas le niveau de charge d'une batterie en mesurant sa tension à vide (sans charge).

Dans le cas de techniques plus récentes, comme le NiMh ou le Lithium, des méthodes plus élaborées sont nécessaires pour vérifier le niveau de charge, ce qui nécessite l'utilisation de chargeurs adaptés. Pour ces techniques, les chargeurs évaluent le taux de charge en surveillant l'évolution de la tension de charge et en prenant en compte le courant de charge et le temps, (${\displaystyle {\frac {d_{v}}{d_{t}}}}$ ou ${\displaystyle {\frac {d_{v}^{2}}{d_{t}^{2}}}}$).

Pour une batterie au plomb de tension nominale 12 V :

• une batterie bien chargée a une tension supérieure à 12,6 V ;
• une batterie sous 12,4 V peut être mise en charge ;
• une batterie à 11,7 V est totalement déchargée ou en mauvais état.

Pour une batterie lithium-polymère, chaque cellule a une tension nominale de 3,7 V :

• une cellule bien chargée a une tension supérieure à 4,1 V ;
• une cellule à 3 V doit être rechargée ;
• une cellule sous 2,7 V est totalement déchargée ou en mauvais état et n'est souvent plus rechargeable.

Quand une batterie lithium-polymère est composée de plusieurs cellules (cas fréquent), et il est recommandé de ne pas avoir un écart de tension entre les cellules qui dépasse 0,5 V.

Chargeur de batterie auto, avec indication du courant de charge.

• La durée de charge peut être approximativement calculée en fonction du courant de charge et de la capacité de la batterie : pour une batterie neuve totalement déchargée : capacité (en A.h) = courant de charge (en A) x temps de charge (en h).
• Le rendement de charge (énergie stockée / énergie injectée pour la charge de la batterie) est inférieur à 1, en particulier en raison de la résistance interne à la batterie ; ce rendement dépend de l'intensité de courant utilisée pour la charge, il décroît quand l'intensité croît.
• La capacité doit être divisée par les facteurs de dépréciations en température (DT) et en charge/décharge (Dch).

Par exemple, DT = 0,01053 T + 0,73671 pour des batteries plombs. (DT > 1 si T > 25 °C ; DT < 1 si T < 25 °C). De même, Dch = 20/30 par exemple si le courant nominal de charge est de 20 A alors que le courant de décharge maximum est de 30 A (cas des charges rapides).

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[16].

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 »[17].

• Accumulateur électrique
• Chargeur de batterie