Accumulateur au plomb

Un accumulateur au plomb stocke l'électricité dans des plaques de plomb et de dioxyde de plomb plongées dans de l'acide sulfurique dilué, la restitue sous forme de courant et se recharge des centaines de fois. Gaston Planté a construit le premier élément en 1859 ; les plaques empâtées de Camille Faure en ont fait un produit industriel en 1881, et il fait encore démarrer la plupart des voitures du monde.

Ce que c’est

Un accumulateur au plomb met l’électricité en réserve sous forme chimique et la rend en courant, des centaines de fois de suite. Chaque élément contient des plaques de plomb dans de l’acide sulfurique dilué et fournit environ deux volts. Une batterie de voiture réunit six éléments en série dans un même bac, soit douze volts.

Le physicien français Gaston Planté construit en 1859 le premier élément rechargeable : on le recharge en y renvoyant du courant. En 1881, Camille Faure change la préparation des plaques en les enduisant d’oxyde de plomb, si bien que les éléments sont prêts plus vite et peuvent sortir d’une usine. La réaction à l’intérieur reste celle de Planté.

Comment ça marche

Une plaque empâtée : la pâte d’oxyde de plomb est pressée dans une grille de plomb coulé qui la tient en place.

Les plaques positives (1) portent du dioxyde de plomb, une poudre brun foncé. Les plaques négatives (2) portent du plomb spongieux, gris et criblé de pores pour que l’acide atteigne le plus de métal possible. Des séparateurs (3) les isolent, et l’électrolyte (4), de l’acide sulfurique étendu d’eau, remplit les interstices.

À la décharge, le plomb et le dioxyde de plomb des plaques réagissent avec l’acide et se changent en sulfate de plomb, tandis que les grilles de plomb conduisent le courant. Les électrons quittent la plaque négative et rejoignent la positive par le circuit extérieur, où ils alimentent la lampe ou le moteur. La réaction consomme de l’acide et produit de l’eau : l’électrolyte s’appauvrit à mesure que l’élément se vide. Dans une batterie de démarrage, sa densité passe d’environ 1,265 à environ 1,12.

La charge fait tourner la réaction à l’envers. Le courant d’une génératrice, d’un panneau solaire ou d’un chargeur branché sur le secteur reforme le plomb et le dioxyde de plomb, et l’acide retourne dans le liquide. En fin de charge, il reste peu de sulfate, et une partie du courant décompose l’eau : l’hydrogène se dégage des plaques négatives, l’oxygène des positives. D’où la perte d’eau des batteries ouvertes et l’aération des locaux de charge.

La capacité se compte en ampères-heures (Ah) : une batterie de 60 Ah fournit 3 A pendant une vingtaine d’heures, la durée habituelle de référence, et moins si on la vide plus vite. Le sulfate laissé des semaines sur une plaque déchargée peut grossir en cristaux durs qu’une charge ordinaire ne défait plus forcément, et les décharges profondes usent la matière active. Dans une comparaison de Battery University, une batterie de démarrage vidée entièrement à chaque fois tenait 12 à 15 cycles, contre 130 à 150 quand on n’en tirait que 30 %.

Comment s’y prendre

Fabriquer des éléments oblige à manier plomb fondu et acide concentré : cette partie traite donc du choix, de la charge et de l’entretien d’une batterie achetée.

Dimensionner selon la consommation. Un chalet allume chaque jour trois lampes LED de 5 W pendant cinq heures et une radio de 10 W pendant trois heures : 75 + 30 = 105 wattheures, soit environ 9 Ah sous 12 V. Prévoyez deux jours sans recharge (18 Ah) et n’utilisez pas plus de la moitié de la capacité : il faut au moins 36 Ah. Prenez une batterie à décharge profonde de 40 à 50 Ah : le froid réduit aussi la capacité.

Charger à la bonne tension. Employez un chargeur prévu pour la tension et le type de la batterie (ouverte, AGM ou gel) et suivez le profil de charge du fabricant. Vers 25 °C, une batterie ouverte de 12 V se charge en général jusqu’à 13,8 à 14,7 V selon le modèle, puis se maintient vers 13,5 V ; un bon chargeur ajuste la tension de charge à la température de la batterie. Avec un panneau solaire, intercalez un régulateur de charge entre panneau et batterie. Quelle que soit la source de charge, placez près de la borne positive un fusible adapté au câble et protégez chaque circuit qui alimente un appareil. Rechargez peu après chaque usage ; ne chargez jamais une batterie gelée.

On presse la poire, on aspire l’acide d’un élément et on regarde la hauteur du flotteur : plus l’acide est dense, plus l’élément est chargé.

Mesurer l’état de charge. Laissez la batterie débranchée reposer au moins quatre heures, idéalement une journée, puis mesurez sa tension. À titre d’exemple, une batterie de démarrage à 26 °C, après un jour de repos, donne environ 12,65 V pleine et environ 11,9 V vide ; chaque modèle diffère, d’où le tableau du fabricant. Sur une batterie ouverte, un pèse-acide mesure chaque élément : sur cette même batterie, environ 1,265 pleine et environ 1,12 vide.

Compléter à l’eau distillée seulement. Ajoutez de l’eau distillée jusqu’au repère après la charge, une fois la batterie refroidie ; si les plaques sont découvertes avant la charge, versez juste de quoi les recouvrir. N’ajoutez jamais d’acide. Les batteries étanches AGM et gel n’ont pas besoin d’eau.

Nettoyer, stocker, recycler. Brossez le dépôt des bornes avec de l’eau additionnée de bicarbonate de soude, sans en faire entrer dans les éléments, puis séchez et graissez les bornes. Stockez une batterie chargée, au frais et au sec ; contrôlez sa tension environ une fois par mois et rechargez-la avant qu’elle tombe sous 12,3 V environ, ou sous le seuil du fabricant, et au moins tous les six mois. Rapportez une batterie usagée à un vendeur ou à un point de collecte.

Sécurité. L’acide de batterie brûle la peau et les yeux : portez des lunettes de protection et des gants résistant aux acides. En cas d’éclaboussure, rincez à l’eau courante pendant au moins 30 minutes et consultez un médecin. La charge dégage de l’hydrogène, qu’une étincelle ou une flamme peut enflammer : chargez dans un endroit aéré, ne fumez jamais à proximité et coupez le chargeur avant de poser ou d’enlever ses pinces. Sur une voiture, débranchez en premier le câble relié à la carrosserie (le négatif sur presque toutes les voitures) et rebranchez-le en dernier. Un court-circuit fait passer des centaines d’ampères et peut faire fondre une clé : utilisez des outils isolés et retirez bagues et montre. Une batterie de voiture peut peser 15 kg ou plus : gardez-la droite et pliez les jambes pour la soulever. Le plomb est toxique : lavez-vous les mains après manipulation, ne brûlez jamais une batterie et n’en ouvrez jamais le bac (sur une batterie ouverte, on ne retire que les bouchons de remplissage), et tenez-la hors de portée des enfants.

Histoire et évolution

Planté présenta ses éléments à l’Académie des sciences en 1860 : des feuilles de plomb séparées par des bandes de caoutchouc dans de l’acide dilué, « formées » en inversant le courant encore et encore jusqu’à ce que leur surface devienne poreuse.

Des rangées d’éléments en verre soutenaient les centrales d’éclairage et les centraux téléphoniques pendant les pointes et les pannes.

Tant que la charge consommait des piles, les accumulateurs restèrent dans les laboratoires ; la dynamo changea la donne dans les années 1870. La pâte de Faure remplaça des mois de formation par une seule charge d’une soixantaine d’heures. Les centrales électriques des années 1880 et 1890 gardaient des batteries en parallèle sur leur réseau pour passer la pointe du soir. Vers 1893, les centraux téléphoniques se mirent à alimenter les lignes des abonnés à partir d’une batterie centrale.

Vers 1900, les voitures électriques, pour la plupart au plomb, représentaient environ un tiers des véhicules sur les routes américaines. Le démarreur électrique de Charles Kettering, monté sur la Cadillac de 1912, supprima la manivelle ; à mesure qu’il gagna les autres marques, la batterie de démarrage devint un équipement de série. Aux États-Unis, environ 99 % des batteries au plomb sont recyclées, et les neuves contiennent plus de 80 % de matière recyclée.