LES ÉQUIPEMENTS

LES ÉQUIPEMENTS
LES BATTERIES
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COURS EXP-PR-EQ160
Révision 0.2

Exploration & Production
Équipements
Les batteries
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LES ÉQUIPEMENTS
LES BATTERIES
SOMMAIRE
1. OBJECTIFS .....................................................................................................................8
2. GÉNÉRALITÉS................................................................................................................9
2.1. QU’EST CE QU’UNE BATTERIE ?...........................................................................9
2.1.1. Qu’ont en commun toutes les batteries ? ........................................................10
2.1.2. Qu’est-ce qui différentie les batteries les unes des autres ? ...........................10
2.1.3. Quel est notre but ?.........................................................................................11
2.2. ORIGINE ET HISTORIQUE DES BATTERIES .......................................................12
2.3. CHIMIE D’UNE PILE ÉLECTRIQUE .......................................................................14
2.3.1. Élément de batterie .........................................................................................14
2.3.2. Comment fonctionne un élément de batterie ?................................................15
2.3.3. Processus de décharge...................................................................................18
2.3.4. Recharger ou ne pas recharger.......................................................................18
2.3.5. Choix des produits chimiques actifs ................................................................19
2.4. CONCEPT DE BASE DES BATTERIES.................................................................22
2.4.1. Tension............................................................................................................22
2.4.2. Capacité ..........................................................................................................23
2.4.3. Tension et capacité .........................................................................................23
2.5. ÉLÉMENTS EN SÉRIE ET EN PARALLÈLE ..........................................................24
2.5.1. Éléments reliés en série ..................................................................................24
2.5.2. Éléments reliés en parallèle ............................................................................25
2.6. RÉSISTANCE INTERNE D’UNE BATTERIE ..........................................................28
2.7. ÉLECTROLYTE ......................................................................................................30
2.7.1. Les deux électrolytes de la pile Daniell............................................................30
2.7.2. Densité de l’électrolyte liquide (élément liquide)..............................................32
2.7.3. Recommandations pour la manipulation de l’électrolyte..................................33
2.8. TERMINOLOGIE DES BATTERIES........................................................................34
2.9. DENSITÉ D’ÉNERGIE ............................................................................................36
2.10. EXERCICES .........................................................................................................37
3. CONSTRUCTION ET TECHNOLOGIE DES BATTERIES ............................................40
3.1. COMPOSANTS.......................................................................................................40
3.1.1. Boîtier..............................................................................................................40
3.1.2. Électrodes .......................................................................................................40
3.1.3. Séparateur.......................................................................................................40
3.1.4. Bornes.............................................................................................................41
3.1.5. Électrolyte........................................................................................................41
3.2. CONSTRUCTION INTERNE...................................................................................42
3.2.1. Électrodes (Compromis puissance/énergie)....................................................42
3.2.2. Électrodes de type aggloméré.........................................................................43
3.2.3. Électrodes à plaques planes ...........................................................................44
3.2.4. Électrodes spiralées (construction enroulée)...................................................45
3.2.5. Piles bouton ou pile ‘pièce’..............................................................................46

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3.2.6. Éléments à électrode multiple .........................................................................46
3.2.6.1. Configuration monopolaire .........................................................................46
3.2.6.2. Configuration bipolaire ...............................................................................46
3.3. INTERCONNECTIONS D’ÉLECTRODES ..............................................................48
3.4. BATTERIES ÉTANCHES ET À RECOMBINAISON................................................48
3.4.1. Électrolyte des batteries étanches...................................................................48
3.4.2. Soupapes de sécurité pour batteries étanches ...............................................49
3.5. BOITIER DE BATTERIE .........................................................................................50
3.5.1. Batteries cylindriques ......................................................................................50
3.5.2. Pile/batteries multi-éléments ...........................................................................51
3.5.3. Taille des piles/batteries courantes (à la maison)............................................51
3.5.4. Piles bouton et piles pièces.............................................................................52
3.5.5. Piles de type sachet ........................................................................................52
3.5.6. Batteries prismatiques.....................................................................................54
3.5.7. Batteries en couche mince ..............................................................................55
3.5.8. Batteries grande puissance.............................................................................56
3.5.9. Batteries de puissance ....................................................................................57
4. LES DIFFÉRENTS TYPES DE BATTERIES .................................................................59
4.1. NOMENCLATURE ..................................................................................................59
4.1.1. Identification des batteries...............................................................................59
4.1.2. Exemples.........................................................................................................60
4.1.2.1. Piles courantes (élément primaire).............................................................60
4.1.2.2. Batteries cylindriques de faible puissance .................................................61
4.1.2.3. Batteries/piles prismatiques .......................................................................62
4.2. ELEMENTS PRIMAIRES ........................................................................................64
4.2.1. Piles Leclanché (carbone-zinc) .......................................................................65
4.2.1.1. Caractéristiques .........................................................................................65
4.2.1.2. Avantages ..................................................................................................65
4.2.1.3. Inconvénients.............................................................................................66
4.2.1.4. Applications................................................................................................66
4.2.1.5. Prix.............................................................................................................66
4.2.2. Piles alcalines..................................................................................................67
4.2.2.1. Caractéristiques .........................................................................................67
4.2.2.2. Avantages ..................................................................................................68
4.2.2.3. Inconvénients.............................................................................................68
4.2.2.4. Applications................................................................................................68
4.2.2.5. Prix.............................................................................................................69
4.2.3. Piles à l’oxyde d’argent....................................................................................69
4.2.3.1. Caractéristiques .........................................................................................69
4.2.3.2. Avantages ..................................................................................................69
4.2.3.3. Inconvénients.............................................................................................69
4.2.3.4. Applications................................................................................................70
4.2.3.5. Prix.............................................................................................................70
4.2.4. Piles zinc air ....................................................................................................70
4.2.4.1. Caractéristiques .........................................................................................70
4.2.4.2. Avantages ..................................................................................................71
4.2.4.3. Inconvénients.............................................................................................71
4.2.4.4. Applications................................................................................................72

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4.2.4.5. Prix.............................................................................................................72
4.2.5. Piles au lithium ................................................................................................73
4.2.5.1. Caractéristiques .........................................................................................73
4.2.5.2. Avantages ..................................................................................................73
4.2.5.3. Inconvénients.............................................................................................74
4.2.5.4. Applications................................................................................................74
4.2.5.5. Prix.............................................................................................................75
4.2.6. Piles amorçables .............................................................................................75
4.2.6.1. Caractéristiques .........................................................................................75
4.2.6.2. Avantages ..................................................................................................76
4.2.6.3. Inconvénients.............................................................................................76
4.2.6.4. Applications................................................................................................76
4.2.6.5. Prix.............................................................................................................76
4.2.7. Piles thermiques..............................................................................................77
4.2.7.1. Caractéristiques .........................................................................................77
4.2.7.2. Avantages ..................................................................................................77
4.2.7.3. Inconvénients.............................................................................................78
4.2.7.4. Applications................................................................................................78
4.2.7.5. Prix.............................................................................................................78
4.3. BATTERIES ............................................................................................................79
4.3.1. Plomb acide.....................................................................................................80
4.3.1.1. Caractéristiques .........................................................................................80
4.3.1.2. Avantages ..................................................................................................81
4.3.1.3. Inconvénients.............................................................................................82
4.3.1.4. Charge .......................................................................................................83
4.3.1.5. Applications................................................................................................83
4.3.1.6. Prix.............................................................................................................84
4.3.1.7. Gamme de batteries plomb acide ..............................................................84
4.3.2. Fer nickel.........................................................................................................87
4.3.2.1. Caractéristiques .........................................................................................87
4.3.2.2. Avantages ..................................................................................................87
4.3.2.3. Inconvénients.............................................................................................87
4.3.2.4. Applications................................................................................................88
4.3.3. Nickel Cadmium ..............................................................................................89
4.3.3.1. Caractéristiques des piles sèches..............................................................89
4.3.3.2. Caractéristiques des batteries industrielles................................................89
4.3.3.3. Avantages ..................................................................................................92
4.3.3.4. Inconvénients.............................................................................................92
4.3.3.5. Charge .......................................................................................................93
4.3.3.6. Applications................................................................................................93
4.3.3.7. Prix.............................................................................................................94
4.3.4. Nickel métal hydrure........................................................................................94
4.3.4.1. Caractéristiques .........................................................................................94
4.3.4.2. Avantages ..................................................................................................95
4.3.4.3. Inconvénients.............................................................................................96
4.3.4.4. Charge .......................................................................................................96
4.3.4.5. Applications................................................................................................97
4.3.4.6. Prix.............................................................................................................97

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4.3.5. Nickel Zinc.......................................................................................................97
4.3.5.1. Caractéristiques .........................................................................................97
4.3.5.2. Avantages ..................................................................................................97
4.3.5.3. Inconvénients.............................................................................................98
4.3.5.4. Applications................................................................................................98
4.3.5.5. Prix.............................................................................................................98
4.3.6. Accumulateurs lithium .....................................................................................98
4.3.6.1. Caractéristiques .........................................................................................98
4.3.6.2. Avantages ..................................................................................................99
4.3.6.3. Inconvénients...........................................................................................100
4.3.6.4. Charge .....................................................................................................101
4.3.6.5. Applications..............................................................................................102
4.3.6.6. Prix...........................................................................................................102
4.3.6.7. Autres variétés de batteries rechargeables au lithium..............................102
4.3.7. Sodium soufre ...............................................................................................106
4.3.8. Batteries à circulation (Redox) ......................................................................107
4.3.8.1. Caractéristiques .......................................................................................107
4.3.8.2. Avantages ................................................................................................107
4.3.8.3. Inconvénients...........................................................................................107
4.3.8.4. Applications..............................................................................................107
4.3.8.5. Prix...........................................................................................................108
4.3.9. Batteries Zebra..............................................................................................108
4.3.9.1. Caractéristiques .......................................................................................108
4.3.9.2. Avantages ................................................................................................108
4.3.9.3. Inconvénients...........................................................................................108
4.3.9.4. Applications..............................................................................................109
4.3.9.5. Prix...........................................................................................................109
4.3.10. Autres piles galvaniques..............................................................................109
4.3.10.1. Batteries à électrolyte solide ..................................................................109
4.3.10.2. Nanotechnologies ..................................................................................109
4.3.10.3. Batteries au mercure..............................................................................110
4.3.10.4. Batteries nickel hydrogène (Ni-H2) ........................................................110
4.3.10.5. Batteries métal air ..................................................................................110
4.3.10.6. Batteries rechargeables aluminium-air...................................................110
4.4. BATTERIES PEU COURANTES...........................................................................111
4.4.1. Batterie à l’urine ............................................................................................111
4.4.2. Batteries Ampoule .........................................................................................111
4.4.3. Batterie « maison » .......................................................................................111
4.5. TABLEAU RÉCAPITULATIF – ACCUMULATEURS.............................................113
5. CHARGE DES BATTERIES (CHARGEUR DE BATTERIE) ........................................115
5.1. COMMENT CHARGER ACCUMULATEURS OU BATTERIES ............................115
5.1.1. Charge des batteries plomb acide.................................................................116
5.1.1.1. Charge des batteries au plomb en 2 étapes.............................................117
5.1.1.2. Charge des batteries au plomb en 3 étapes.............................................118
5.1.2. Charge des batteries nickel-cadmium ...........................................................119
5.1.2.1. Charge normale .......................................................................................119
5.1.2.2. Charge accélérée.....................................................................................120
5.1.2.3. Charge rapide ..........................................................................................120