ALIMENTATION AUTONOME

LYCEE JACQUES PREVERT BAC SSI
COURS BAC SSI – ALIMENTER - ALIMENTATION AUTONOME Fabrice DESCHAMPS
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ALIMENTER EN ENERGIE
ALIMENTATION AUTONOME
INTRODUCTION
Les sources d’énergie autonome, permettent de fournir de l’énergie à un système
sous plusieurs formes, électriques ou mécaniques.
Les accumulateurs d'énergie convertissent l'énergie électrique afin de la stocker :
 Accumulateurs électrochimiques, fonctionnant grâce aux réactions
électrochimiques de leurs électrodes, qui assurent la conversion de l’énergie
électrique en un processus chimique réversible.
 Accumulateurs électriques fonctionnant selon les principes de
l'électrostatique : condensateurs ou supercondensateur.
 Les accumulateurs électriques fonctionnant selon les principes de
l'électrodynamique : circuit bobiné
DIFFERENCES ENTRE PILES ET ACCUMULATEURS
À l'origine, le terme pile désignait un dispositif inventé par le savant
italien Alessandro Volta, composé d'un empilement de rondelles de
deux métaux différents, séparés par des feutres imprégnés
d'un électrolyte. Par extension, le mot « pile » désigne toute batterie
monobloc non rechargeable.
Le terme « batterie » désigne un ensemble d'éléments montés en série
pour obtenir une tension souhaitée, dans un boîtier unique. L’ensemble
étant rechargeable à partir d’une source externe continue.
Remarque :
Sources d’énergie classiques des équipements autonomes ou
portatifs, les piles et les batteries sont très utilisées dans le monde
moderne.
Ces sources d’énergie sont très pratiques d’utilisation, mais sont
cependant loin de présenter les caractéristiques idéales pour
l’alimentation des circuits :
Leur tension varie fortement au cours de leur durée de vie, et on
leur reproche tout à la fois leur capacité limitée, leur
encombrement, leur poids, et leur coût d’utilisation.
Les piles ou les accumulateurs fournissent une tension continue.

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PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Le boîtier d'une pile ou d’un accumulateur abrite une réaction chimique entre deux
substances dont l’une peut céder facilement des électrons (matériau réducteur), et
l’autre qui les absorbe (matériau oxydant).
Chacune de ces réactions chimiques est dite « demi-réaction ».
Chaque demi-réaction survient dans une solution où se produit
un échange d'électrons entre les deux substances.
Chaque élément du couple oxydant/réducteur est relié à
une électrode.
Ces électrodes, lorsqu'elles sont reliées à
un consommateur électrique, provoquent la circulation d'un courant électrique.
La réaction chimique provoque une circulation de charges (électrons, ions).
Une pile fournit donc du courant continu. La borne (-) d'une pile correspond à
l'anode où se produit la réaction d'oxydation qui va fournir les électrons. La borne (+)
d'une pile correspond à la cathode où se produit la réaction de réduction qui va
consommer les électrons.
Application :
Il est possible de réaliser une pile artisanale, par exemple en piquant dans un citron
un clou (en acier galvanisé, recouvert donc de zinc) et un fil électrique dénudé
(en cuivre) reliés à une diode électroluminescente.
LES PILES
Les piles électriques, sont conçues pour un usage unique et donc "jetables", sont
qualifiées de "générateurs primaires" en ce sens que l'énergie électrique qu'elles
produisent y est introduite une fois pour toutes lors de leur fabrication, sous une forme
chimique.
Constitution : Un élément de pile est constitué de 2 pièces conductrices ou
électrodes (anode et cathode) placées dans un liquide ou un gel conducteur,
nommé électrolyte. Ces matières se trouveront progressivement consommés par la
réaction chimique qui produit le courant.
La force électromotrice (f.e.m.) est la tension qui existe aux bornes de la pile
en circuit ouvert.
Les piles salines et alcalines ont une f.e.m. de 1,5 V, tandis que celle des piles au
lithium varie de 1,5 à 3,6 V.
La plupart du temps un « élément » de pile ne produit qu’une tension de l’ordre de
1 à 1,5 volt, et il faut en connecter plusieurs en série pour disposer d’une tension
suffisante pour les applications courantes.
Différents types de piles : Salines, alcalines, mercure, oxyde d’argent, lithium, zinc-air.
Deux systèmes d’identification coexistent en matière de piles : Le marquage
international « IEC », bien implanté en Europe, et le code « ANSI », plus répandu dans
les pays anglo-saxons.

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Caractéristiques des systèmes électrochimiques
LES ACCUMULATEURS
Les accumulateurs sont des "générateurs secondaires" , véritables "réservoirs" que l'on
remplit lors de chaque recharge, à partir d'une source externe d'énergie électrique
continue.
Le stockage d’énergie dans des accumulateurs passes par une conversion de
l’énergie électrique en énergie chimique.
Différents types d’accumulateurs : Au plomb (Pb), Nickel-Cadmium(Ni-Ca), Nickel-
Métal-Hydride (NI-MHI), Nickel-Ion (N-I), Lithium-Ion (Li-Ion), Lithium Polymère (Li-Po).
Charge : Il existe différentes façons de charger les accus.
De nombreuses précautions doivent être prises concernant la charge des
accumulateurs (tension et courant de charge limite). Risques d’explosion (Li-Ion).
En général on considère qu’un courant de charge doit être de 1/10e de la capacité
de la batterie.
Exemple : Une batterie de 4Ah sera donc chargée à 0,4A pendant 10h.
Choix d’un accumulateur

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Effet mémoire :
Il faut éviter de recharger des accumulateurs qui ont un effet mémoire (Cadmium-
Nickel) si celui-ci n’est pas vide, ce dernier mémorisera la plage de charge entre la
capacité " non vidée " et maximale, ce qui réduira sa capacité totale.
Jeter des piles ou accus
Ayez le bon réflexe, ne jetez ni vos piles ni vos accus à la poubelle. Ils contiennent en
effet un assortiment de substances chimiques absolument néfastes pour
l'environnement : nickel, cadmium, mercure, plomb, fer, zinc, calcium, aluminium,
magnésium, lithium...Un décret qui date de 2001 en rend la collecte obligatoire.
Ainsi, les revendeurs de piles grossistes ou détaillants ont l'obligation de procéder à la
collecte des piles et accus usagés rapportés par les consommateurs en vue de leur
recyclage.
DIMENSIONNER LES PILES ET LES ACCUMULATEURS
Charge électrique ou capacité
La charge électrique ( quantité d'électricité emmagasinée par l'accumulateur), se
mesure en Ah ou mAh.
Elle se mesure dans la pratique en multipliant un courant constant par le temps de
charge/décharge, en Ah ou mAh, mais l'unité officielle de charge (SI) est
le Coulomb équivalent à un As (ampère pendant une seconde) :
1 Ah =1 000 mAh = 3 600 C ;
1 C = 1 Ah/3 600 = 0,278 mAh.
Ne pas confondre charge électrique et énergie stockée (voir ci-dessous).
Capacité d’une pile ou d’un accumulateur :
C‘est le nombre d’Ampères ou de milli-Ampères que l’accumulateur peut débiter en
un temps donné.
Capacité
C = I x t
C : Capacité en Ah
I : courant consommé en A
t : temps de décharge en secondes
Exemple : Un accumulateur de 10Ah pourra débiter 10A pendant 1h.
Ou 5Ah pendant 2h, ou encore 1A pendant 10h, etc…
Cela est très théorique car les différents facteurs minorent cette décharge, tel que
l’âge de la batterie, la température, la durée et le débit de décharge.
Le meilleur rendement étant obtenu en décharge lente voire intermittente.

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6V 2700 mAh
2700 mAh
1,5V
1,5V
1,5V
1,5V
6V
Energie stockée
L’énergie stockée dans la batterie est égale à sa charge électrique multipliée par la
tension moyenne sous laquelle cette charge est déchargée.
L’énergie stockée se mesure usuellement en Watt-heure (Wh) mais l’unité officielle
(SI) est le joule.
1 Wh = 3600 J
1 Joule = 0,279 mWh
BRANCHEMENT SERIE OU PARALLELE
Série : C’est le branchement le plus utilisé.
La tension totale U sera égale à la somme des
tensions des éléments.
Le courant I disponible sera dans ce cas égal
à celui d’un élément.
Exemple : Ci-dessous 4 éléments en série de 1,5V 2700mAh
délivreront 6V sous 2700mAh
Parallèle : Moins souvent utilisé.
La tension U disponible sera égale à celle d’un élément.
Le courant I disponible sera lui égal à la somme des
courants des éléments.
Exemple : Ci-dessous 4 éléments en parallèle de 1,2V,
2Ah délivreront 1,2V sous 8Ah.
1,5V 10 800 mAh
10 800 mAh
1,5V
1,5V
1,5V
1,5V
1,5V