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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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Processus électrochimiques de base
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1. Constitution d’un accumulateur au plomb
1.1 Généralités
Un accumulateur au plomb est constitué de cellules, dont la tension, qui dépend de l’état de charge, est de l’ordre de deux volts. Ces cellules peuvent être montées en série, de façon à conférer à l’accumulateur une tension de 6, 12, 24 V et au-delà. Une cellule est, classiquement, constituée de deux électrodes plongeant dans l’électrolyte. L’électrode positive est à base de dioxyde de plomb (PbO 2), l’électrode négative, à base de plomb métal. L’électrolyte est une solution aqueuse d’acide sulfurique, H 2SO4.
Dans la technologie dite « à plaques planes » , une électrode est un ensemble de plaques identiques, rendues solidaires par une barrette rigide qui les maintient parallèles entre elles et, électriquement, au même potentiel. Cette disposition conduit à user des termes bloc ou faisceau plutôt que d’électrode. La figure 1 précise la disposition des deux faisceaux, les plaques de l’un occupant les espaces libres entre celles de l’autre. Des séparateurs interdisent le contact entre plaques de polarités opposées. Les deux faisceaux sont installés dans un bac isolant, chimiquement inerte à l’électrolyte, fermé par un couvercle. Quand un accumulateur est constitué de plusieurs cellules, ce qui est le cas le plus fréquent, le bac est divisé en autant de compartiments étanches. Les cellules, installées dans chacun d’entre eux, sont montées électriquement en série, à l’aide de connexions traversant les parois (figure 2).
Dans la technologie dite « à plaques tubulaires » , qui concerne les seules électrodes positives, un tube comporte une tige centrale de plomb, à la fois support de la matière active et collecteur de courant. Cette « épine » est noyée dans la matière active et l’ensemble est consolidé par une enveloppe extérieure en étoffe, fibre de verre ou matériau de synthèse. Une plaque tubulaire est un ensemble de tubes alignés, rendus solidaires par un connecteur en plomb (figure 3). De telles plaques, robustes et peu susceptibles de se désagréger sont réservées aux batteries industrielles (traction lourde, manutention, applications stationnaires…)...
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