Les Accumulateurs

Claude Chevassu

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LES ACCUMULATEURS AU PLOMB L'accumulateur au plomb fut invent par Gaston Plant (1834 1889), c'est le 26 mars 1860 qu'il prsenta l'Acadmie des Sciences sa clbre communication sur une "nouvelle pile secondaire d'une grande puissance".

thorie-fonctionnement Un accumulateur au plomb lmentaire est constitu d'une plaque de plomb spongieux (Pb) et d'une plaque de bioxyde de plomb (PbO2) plonges dans une solution d'acide sulfurique (H2SO4). La figure 1 reprsente les plaques d'un accumulateur venant d'tre charg.

PbO2 Pb

lectrolyte H2SO4

eau 65% acide 35%

+ -

Figure 1 accumulateur au plomb charg

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Thorie lmentaire des ractions chimiques

Dcharge Lorsqu'un rcepteur est reli aux bornes de l'accumulateur, les ractions chimiques provoquent la circulation d'un courant lectrique.

PbO2 diminue PbSO4 augmente

Pb diminue PbSO4 augmente

R

I

+ -

le % d'eau augmente le % d'acide diminue

Figure 2 dcharge d'un accumulateur

Pendant cette dcharge, le bioxyde de plomb de la plaque positive se transforme graduellement en sulfate de plomb (PbSO4) et le plomb spongieux de la plaque ngative se transforme galement en sulfate de plomb. Lorsque les plaques sont identiques, la diffrence de potentiel entre elles s'annule et la circulation du courant s'interrompt.

PbO2 +

PbSO4

Pb+

PbSO4

lectrolyte H2SO4

eau 85% acide 15%

+ -

sparateur PVC

bac

plaque + plaque -

Figure 3 accumulateur dcharg

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Charge Afin de charger l'accumulateur, il faut relier les bornes de l'accumulateur ceux d'une source de tension continue. Il faut connecter la borne + de la source de tension la borne + de l'accumulateur, celui-ci devenant rcepteur vis--vis de la source de tension. Le sens de circulation du courant lectrique pendant la charge est l'inverse du sens de circulation de la dcharge. Le sulfate de plomb est dissous par le passage du courant et les plaques reprennent leur tat initial.

PbO2 augmente PbSO4 diminue

Pb augmente PbSO4 diminue

+

I

+ -

le % d'eau diminue le % d'acide augmente

Figure 4 charge d'un accumulateur La raction globale s'exprime par :

N Ndcharge

2 4 2 4 2chargeplaque positiveplaque positive lectrolyte plaque et lectrolyte

PbO 2SO H Pb 2SO Pb+2H O 86800 calories+ + +

La variation de tension pendant la charge et la dcharge d'un lment d'accumulateur au plomb est donne par la figure ci-dessous :

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La capacit de la batterie est la quantit d'lectricit, exprime en Ampre x heures (Ah) qu'un accumulateur peut faire circuler pendant une priode de dcharge. La capacit d'une batterie diminue si l'intensit dbite est suprieure celle spcifie. Dans certains cas, la lettre C (signifiant capacit) est accompagne d'un chiffre en indice prcisant le temps de dcharge en rgime nominal. Par exemple C5=100 Ah I nominal est 100/5 = 20 A, toute utilisation dbitant un courant d'intensit suprieure 20 A diminue la capacit disponible. Le courant nominal est gnralement bas sur une dure de dcharge de 8 heures. Ainsi, un accumulateur de 160 A.h dlivre une intensit de 160/8 = 20 A. Evidemment, un accumulateur peut dlivrer des intensits plus importantes, ainsi la batterie de 160 A.h pourrait fournir une intensit de 60 A pendant 160/60 =2 h 40 min. Aprs chaque recharge, mme incomplte, la tension batterie est artificiellement haute, et dcrot progressivement avant de se stabiliser son niveau de repos. Toute mesure de la tension effectue avant la stabilisation, surestime gravement la charge de la batterie. Cette erreur est la cause la plus frquente du vieillissement prmatur par manque de charge rpt. Tension vide 12,7 12,6 12,5 12,4 12,3 12,2 12,1

% de la charge

100 90 80 70 60 50 40

Figure 5 tat de la charge d'un accumulateur 12 V (6 lments en srie) suivant sa tension au repos 20C

La charge est gnralement conduite automatiquement par des chargeurs volus. Dans la charge intensit constante, aprs une lvation brusque de la tension due l'augmentation de la teneur en acide sulfurique dgag dans les pores par le dbut de la raction

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on constate une monte progressive de la tension jusqu' une valeur de 2,4 V par lments; la concentration de l'lectrolyte a augment entranant la variation dans le mme sens de la force contre-lectromotrice. On obtient alors une force contre-lectromotrice correspondant la raction de dcomposition de l'eau par lectrolyse et il se produit un dgagement important d'oxygne et d'hydrogne. Il convient alors de diminuer l'intensit du courant. On ne gagnerait rien maintenir l'intensit du courant, l'nergie tant absorbe essentiellement par l'lectrolyse, outre le danger d'une production importante d'hydrogne (mlange dtonnant avec l'oxygne de l'air). La diminution du courant provoque une diminution de la f.c..m. et le phnomne d'lectrolyse disparat. La tension crot nouveau jusqu' 2,4 V, valeur partir de laquelle le phnomne d'lectrolyse reprend. On doit nouveau diminuer l'intensit. On effectue ainsi des paliers de charge intensit constante. Le dernier palier est effectu une intensit fixe par le fournisseur, intensit dite de fin de charge. La tension crot alors jusqu' 2,7 2,8 Volts, valeur partir de laquelle le phnomne d'lectrolyse reprend. La charge est alors termine. Charge potentiel constant : on applique une tension de l'ordre de 2,4 V par lment. On diminue l'intensit progressivement jusqu' ce que l'on arrive l'intensit de fin de charge que l'on maintient alors jusqu' la charge complte. La temprature crot d'abord rapidement puis reste stationnaire. La charge potentiel constant est la mthode la plus rapide pour recharger une batterie puisque l'on a toujours la f.c..m. maximum possible sans dpasser le seuil d'lectrolyse. Elle correspond galement des pertes moindres par dgagement gazeux et est donc avantageuse du point de vue rendement. Ses inconvnients sont les suivants :

L'intensit de dbut de charge est souvent trs importante et peut tre suprieure soit l'intensit maximum que peut supporter la batterie, soit l'intensit maximum que peut dlivrer le chargeur,

La tension du chargeur doit tre rgle de manire trs prcise car tout dpassement de la tension de 2,4 V conduirait un dgagement important d'hydrogne.

La charge par paliers intensit constante prsente l'avantage d'une conduite facile lorsque l'on dispose d'une source de tension variable. Pour limiter les inconvnients de la charge tension constante tout en conservant une dure de charge faible, on peut utiliser la mthode mixte suivante : on commence la charge l'intensit maximum permise par la batterie et le chargeur et on la maintient constante jusqu' ce que l'on ait atteint la diffrence de potentiel de 2,4 V. A partir de ce moment, la tension est maintenue constante mais l'intensit est diminue progressivement jusqu' ce que l'on atteigne l'intensit de fin de charge qui est alors maintenue jusqu' la charge complte. Conduite de la charge de la figure 6 : Premier palier : Au dbut de la mise en charge (de A B sur la courbe de la figure 6) la tension se maintient 2,16 V pendant une heure de charge puis augmente rgulirement (branche BC de la courbe) jusqu' 2,4 V. A cette valeur l'lment prsente des indices de bouillonnement dans la masse de l'lectrolyte (dbut d'lectrolyse de l'eau). La dure de ce palier est de l'ordre de 6 heures pour les bonnes batteries compltement dcharges. Deuxime palier : ds la rduction de l'intensit de charge, la tension chute 2,3 V environ et le bouillonnement cesse. La tension crot nouveau pendant cette nouvelle priode de charge (dont la dure est en moyenne d'une heure et demi deux heures (branche DE de la courbe). Lorsque la tension atteint 2,4 V, l'lectrolyse apparat nouveau et l'intensit de charge doit tre rduite. Troisime palier : une fois l'intensit de charge rduite, la tension retombe une valeur voisine de 2,3 fV; elle remonte ensuite rgulirement (branche FK de la courbe). La tension monte jusqu' 2,8 V environ.

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Figure 6 charge par paliers intensit constante

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Charge rapide : Il existe galement une possibilit de charge rapide qui prsente l'inconvnient d'acclrer l'usure des lments (dsagrgation plus rapide des matires actives par suite de la rapidit de la raction chimique et de l'importance de la densit de courant) et de provoquer des lvations de temprature importantes. Indices de fin de charge :

bouillonnement intense, d l'lectrolyse, baisse de tension (crochet KL de la courbe de la figure 7 ): ceci est d la rduction de la

rsistance intrieure provoqu d'une part par le dgagement gazeux abondant qui brasse l'lectrolyte et favorise la diffusion de l'acide, d'autre part l'lvation de temprature,

constance de la densit de l'lectrolyte d au fait que la raction chimique est termine. Coefficient de rcupration : Pour une batterie en bon tat et une charge rapide, le nombre d'ampres-heures ncessaires la charge est obtenu en majorant de 20% environ le nombre d'ampres-heures dbits. On dit que le coefficient de rcupration est de 1,2. Ce coefficient est d'ailleurs trs variable avec les rgimes de charge et de dcharge envisags et suivant l'ge de la batterie. Dans l'valuation de la dcharge, il faut tenir compte, non seulement des ampres-heures rellement dbits, mais encore de la dcharge spontane des lments, due aux actions locales. Cette dcharge spontane est variable; pour des lments neufs, elle est approximativement gale, par jour, 0,5% de la capacit au rgime de puissance rduite. Pratiquement, comme il est difficile de dterminer avec exactitude l'importance de la dcharge, il est prfrable d'arrter la charge d'aprs les indices de fin de charge indiqus prcdemment. Frquence et excution des charges : Une batterie au repos se dcharge spontanment par suite d'actions locales (formation de micro piles). Si on laisse se produire trop longtemps cette dcharge on finit par obtenir une sulfatation des plaques difficilement rversible. Il est donc ncessaire de donner de temps en temps une charge complte : cette priodicit est de l'ordre de 30 jours pour une batterie neuve, de l'ordre de 15 jours pour une batterie ayant dbit plus du tiers du nombre d'ampres-heures garanti par le constructeur, car les batteries usages se dchargent spontanment plus rapidement que les batteries neuves par suite de l'influence nfaste des impurets dont le taux augmente avec l'ge de la batterie. La charge doit suivre la dcharge un intervalle d'autant plus court que cette dernire aura t plus complte. Temprature de l'lectrolyte pendant la charge : La temprature a une grande influence sur la conductibilit de l'lectrolyte et sur la vitesse de diffusion. Les tempratures les plus favorables pour charger un accumulateur sont comprises entre 25 C et 45C, les charges se font mal aux hautes et aux basses tempratures. D'autre part les tempratures leves ont une mauvaise influence sur la tenue des matires actives en augmentant les risques de dsagrgation; elles augmentent considrablement le dgagement gazeux. On peut admettre qu'au-del d'une temprature de 65C, les dgts sont irrparables. Normalement, on ne devrait pas dpasser, en charge, la temprature de 45C. En cas d'chauffement au-dessus de cette limite, il est ncessaire de rduire ou de stopper la charge. A bord des navires de commerce, la batterie a pour but de fournir l'nergie lectrique lors d'un black. La batterie assure la fourniture en nergie aux organes vitaux pendant jusqu' ce que le groupe de secours dmarre ou pendant plus longtemps (cf SOLAS) en cas de non fonctionnement ou d'arrt de celui-ci. En attendant ces vnements, la batterie est charge en "floating". Pour viter le bouillonnement, on vite de dpasser 2,3 V de tension applique

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chaque lment et l'intensit de charge est infrieure 1/100 de C10 , on adopte parfois 1/1000 de C10. Dcharge : L'intensit du courant de dcharge fixe le rgime de dcharge de la batterie. A chaque rgime correspond une capacit de la batterie, en ampres-heures, bien dtermine compte tenu de la temprature et de l'ge de la batterie ou de la quantit d'lectricit prcdemment dbite. Caractristiques de dcharge d'un lment de batterie : Examinons tout d'abord les phnomnes qui se produisent lors de la dcharge d'un lment : aprs quelques phnomnes de variation assez brusque de la tension aux bornes, observs au dbut de la dcharge et explicables par la chute ohmique dans la rsistance de l'accumulateur et les variations brusques de la concentration de l'lectrolyte dans les pores des plaques, on observe une diminution lente de la tension aux bornes de l'lment depuis la valeur initiale de sa force lectromotrice jusqu' 1,8 V. Cette diminution est due essentiellement la diminution de la f..m. par diminution de la teneur en acide sulfurique. Pour des dcharges rapides, la tension peut varier d'une faon continue de 1,85 1,4 V. La fin de dcharge est signale par une brusque chute de tension, c'est le crochet de dcharge qui indique que la dcharge utile des lments est termine, ce crochet est plus net pour les dcharges lentes que pour celles forte intensit. La pente de la courbe de dcharge est diminue par un grand cartement des plaques, une grande masse d'lectrolyte et une faible intensit de dcharge. La temprature s'lve lgrement. La densit de l'lectrolyte diminue peu prs linairement si la dcharge se fait courant constant. La mesure de la densit constitue une mesure assez prcise de l'tat de charge d'une batterie au plomb. Aux faibles rgimes de dcharge, la transformation de la matire active se faisant plus lentement, l'accumulateur se dcharge plus compltement; on doit viter, autant que possible, de dcharger fond un accumulateur car alors apparat le risque de sulfatation (transformation irrversible en sulfate). Il est important de respecter les valeurs des tensions d'arrt de la dcharge fixes par le constructeur pour chaque rgime de dcharge. Aux trs faibles rgimes de dcharge, la brusque chute de tension de fin de dcharge n'existe plus. Ce qui limite alors la dcharge ce n'est pas la tension de l'lment, mais la densit de l'lectrolyte. Une batterie dcharge forte intensit peut encore fournir une capacit trs apprciable si l'on rduit le rgime de dcharge. Ceci peut s'expliquer le la manire suivante : Une dcharge forte intensit suppose une raction rapide au niveau des matires actives. L'lectrolyte au contact des plaques s'appauvrit donc en acide sulfurique par rapport au reste de l'lectrolyte et la raction ne peut continuer que si la diffusion d'acide est assez rapide pour renouveler l'lectrolyte au niveau des matires actives, plomb et surtout peroxyde de plomb. Tant que la surface apparente de ces lments est importante, ce renouvellement peut se produire rapidement et la dcharge peut se faire forte intensit. Lorsque une grande partie des matires est transforme en sulfate, la surface apparente des matires actives plomb et peroxyde de plomb est plus faible et la raction intresse les plaques moins superficiellement. Le renouvellement de l'lectrolyte se fait plus lentement et n'autorise donc qu'une raction plus lente, donc une dcharge faible rgime.

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Figure 7 diffrentes manires de charger un accumulateur

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La rsistance interne des accumulateurs au plomb est trs faible. Ainsi, la rsistance interne d'une batterie d'automobile est seulement de 2 m. Une telle batterie de 12 V est gnralement constitue de 6 lments de 2 V groups en srie. Le courant qu'elle peut fournir au dmarrage du vhicule est de l'ordre de 200 400 A, pendant un temps assez court. Le courant de court circuit est de 12/0,002 = 6000 A ! L'nergie dissipe par effet Joule dans la rsistance interne serait : !!! 20,002 6000 72 kW =Inutile d'insister sur le danger d'un tel court circuit, l'nergie dissipe par effet Joule peut entraner la brusque vaporisation de l'lectrolyte et l'explosion de la batterie.

Figure 8 batterie ayant explos suite un court-circuit

Caractristiques d'un accumulateur au plomb La tension vide d'un lment est de 2 V, la tension minimale d'utilisation est de 1,7 V. L'nergie massique est de 40 80 kJ/kg, l'nergie volumique de 150 300 kJ/dm3. Cette diffrence provient de la diffrence de densit des lectrolytes. L'lectrolyte des batteries d'accumulateur jouant le rle de sources de secours d'urgence est maintenu une densit de 1,21 comparativement 1,28 pour une batterie d'automobile. Une plus faible densit impose des lectrodes plus grosses, ce qui assure une dure de vie plus longue. Le domaine de temprature l'intrieur duquel l'utilisation d'un accumulateur au plomb est possible va de 40 C + 50 C. La dure de vie peut aller de 5 20 ans.

Entretien d'une batterie L'entretien assez rudimentaire d'une batterie d'automobile fait que celle-ci possde une dure de vie moyenne de 5 ans. L'entretien soign et suivi d'une batterie de centrale hydro-lectrique fait que la dure de vie moyenne des accumulateurs monte 20 ans. On doit frquemment vrifier le niveau de l'lectrolyte et le maintenir une position dtermine (il doit recouvrir les lments) par addition d'eau distille. La densit de la solution d'acide sulfurique donne une indication de la charge d'une batterie. L'eau pure possde une densit de 1,00 celle de l'acide sulfurique pur est de 1,85. La densit de la solution acide d'une batterie automobile qui vient d'tre charge est de 1,28 tandis que celle d'une batterie compltement dcharge est de 1,12. La dtermination de la densit se fait au moyen d'un pse-acide

Figure 9 dtermination de la densit de l'lectrolyte l'aide d'un pse-acide

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Une batterie partiellement dcharge ne doit pas tre abandonne elle-mme, en effet, un repos prolong provoque la sulfatation des plaques. Le dpt blanchtre de sulfate de plomb sur les plaques devient dur et insoluble dans l'acide. La surface active des plaques est rduite et leur rsistance interne augmente. La capacit de la batterie est rduite. Si la sulfatation est lgre, on peut la faire disparatre en faisant subir la batterie une longue charge faible intensit. La dcharge ne doit pas tre pousse trop loin. On ne doit pas descendre en dessous de 1,6 V par lment car le dpt de sulfate sur les plaques devient alors trs dur et trs rsistant. Ce sulfate durci est insoluble, les plaques sont alors endommages de manire irrversible. Quels sont les indices de la sulfatation ? Par capillarit le sulfate de plomb s'infiltre et remonte jusqu'aux bornes de la batterie. La poudre blanche qu'il n'est pas rare de trouver sur ces mmes bornes est du sulfate de plomb. Par ailleurs la capacit de la batterie diminue rapidement. Elle semble d'aprs le voltmtre se recharger rapidement, mais elle se dcharge encore plus rapidement.

Figure 10 batterie sulfate

Pendant la charge de la batterie, il faut prendre quelques prcautions. On ne doit pas pousser la charge trop loin car le dgagement gazeux abondant risque de dsagrger les plaques. Lorsqu'on souhaite acclrer la charge avec un courant intense, celui-ci ne doit pas excder le nombre exprimant la capacit en ampres-heures. Par exemple, le courant initial pour une batterie de 180 A.h ne doit pas dpasser 180 A. L'intensit de ce courant doit tre diminue mesure que la batterie se charge. Cependant, une tension de fin de charge inadapte rduit considrablement la dure de vie de la batterie. Les accumulateurs au plomb doivent tre protgs contre le gel. Mme s'ils peuvent supporter des tempratures aussi basses que 40C lorsqu'ils viennent d'tre chargs, leur rsistance au froid est beaucoup moins bonne lorsqu'ils sont partiellement dchargs. Il faut donc tenir les accumulateurs bien chargs en hiver, car autrement l'eau gle, ce qui fend le bac et dtruit la batterie. Si les bornes et les cosses sont sulfates, les nettoyer avec de l'eau et du bicarbonate de soude, et les gratter la brosse mtallique. Ensuite les enduire de graisse pour les protger.

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Prcautions prises vis--vis du dgagement d'hydrogne :

Il est essentiel de diluer l'hydrogne dgag de faon ne jamais atteindre un taux de concentration dans l'air permettant son inflammation. La limite au-del de laquelle il y a risque d'inflammation est de 4% dans les conditions les plus pessimistes. C'est pourquoi la limite de scurit du pourcentage d'hydrogne admis est gnralement fixe 3% (en volume). Les paramtres importants influant sur le dgagement d'hydrogne sont :

Rgime de fonctionnement : au repos un accumulateur dgage environ deux fois plus d'hydrogne que lorsqu'il est en lgre dcharge;

Usure : un lment ayant dj dbit 500000 ampres heures dgage trois fois plus d'hydrogne que quand il est neuf;

Temprature : le dgagement d'hydrogne est doubl quand la temprature de l'lectrolyte passe de 25C 40C et l'accroissement est encore plus rapide aux tempratures suprieures.

Il est essentiel de n'utiliser, pour la fabrication des lments, que des matires premires prsentant un haut degr de puret. Ceci est valable aussi bien pour la fabrication des plaques que pour l'acide sulfurique et l'eau constituant l'lectrolyte. On peut ainsi arriver rduire notablement le dgagement gazeux. Malheureusement ce haut degr de puret a des consquences nuisibles :

Augmentation de la tension de fin de charge; Variation plus importante du niveau de l'lectrolyte entre l'tat de dcharge et l'tat de

charge. D'o le risque, soit d'un dbordement le l'lectrolyte en fin de charge, soit d'un dcouvrement du haut des plaques en fin de dcharge. Le dbordement est un inconvnient grave car il se traduit rapidement par une baisse d'isolement.

L'augmentation de tension comme la variation importante du niveau de l'lectrolyte ont la mme cause : le grand pouvoir d'absorption du plomb pur l'gard de l'hydrogne naissant qui s'oppose au dgagement des gaz produit par la raction chimique. Cette gaine gazeuse produit un accroissement de volume et de rsistance intrieure. On est donc amen adopter, dans la pratique, un compromis en ajoutant des doses dtermines d'un sel judicieusement choisi. Ce sel joue le rle des impurets limines en localisant sur le mtal du sel tranger le dgagement d'hydrogne. Ce sel, plus lectro ngatif que le plomb, est le sulfate de nickel ou de cobalt en gnral. On arrive ainsi obtenir des dgagements gazeux assez faibles tout en limitant les variations de niveaux et l'augmentation de la tension de fin de charge. La teneur en hydrogne du compartiment batteries peut tre contrle par un hydrognomtre.

Dispositions prises vis--vis des courts circuits et tincelles :

Afin d'viter les concentrations d'hydrogne dans le compartiment batteries, la ventilation doit assurer un balayage du compartiment en nappe horizontale sur le dessus des accumulateurs et doit entraner hors du compartiment l'hydrogne dgag qui, tant plus lger que l'air, se dgage vers le haut. Il faut vrifier la prsence des panneaux "interdiction de fumer" l'entre du local batteries. Il faut galement viter les risques d'inflammation par tincelles et courts circuits. Aussi, il existe :

Des dispositions relatives aux structures et matriels fixes : planchers isolants, matriels particuliers pour l'clairage, dispositifs de mise la masse des canalisations d'extinction par CO2, isolation des connexions.

Des dispositions relatives aux matriels mobiles et outillages : isolation du manche des outils et des parties mtalliques dans la mesure du possible.

Des consignes vis--vis du personnel travaillant dans la batterie : notamment utilisation de tapis de caoutchouc et vtements spciaux.

Des consignes diverses visant viter la production d'tincelles lors de coupures de circuits lectriques dans la batterie ou de mesures de tension ou d'isolement.

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Des consignes d'entretien et de conduite : mesure de l'isolement, maintien des compartiments dans le plus grand tat de propret (les projections et dversements d'lectrolyte sont, avec les salets, une des principales causes de la dgradation de l'isolement).

Dispositions prises vis--vis des incendies : Les causes possibles d'incendies sont : les courts circuits, les tincelles, l'inflammation spontane de dtritus (chiffon gras), les explosions d'hydrogne. Malgr les dispositions dcrites aux paragraphes prcdents et malgr les consignes (propret, interdiction de fumer) quelques risques d'incendie demeurent. C'est pourquoi tous les compartiments de batteries sont dots d'une installation fixe d'extinction gaz carbonique.

Prcautions vis--vis de l'acide sulfurique :

Les peintures et matriels employs dans le compartiment batteries sont rsistants cet acide. Le local batteries est normalement doubl, au niveau du sol, par une feuille de plomb d'une paisseur d'au moins 1,5 mm et d'une hauteur d'au moins 75 mm le long des parois dans le cas d'accumulateurs au plomb. Dans le cas d'accumulateur alcalins, le doublage sera ralis de manire analogue en tle d'acier d'au moins 0,8 mm d'paisseur. Les caisses de groupements sont fixes au moyen de latte en bois empchant les dplacements. Le personnel d'entretien de la batterie ou les rondiers doivent employer des gants de caoutchouc et des vtements spciaux (la laine rsiste l'acide sulfurique). En cas de projection d'acide sur le corps, neutraliser avec quelques gouttes d'ammoniaque puis rincer l'eau.

Prcaution vis--vis des entres d'eau de mer :

L'eau de mer est particulirement dangereuse car, d'une part, son mlange mme en faible quantit avec l'lectrolyte des lments provoque des manations de chlore, gaz trs toxique, d'autre part elle dtruit l'isolement de la batterie. Aussi on vite autant que possible la traverse des compartiments d'accumulateurs par des circuits pouvant vhiculer de l'eau de mer. Le compartiment batterie est situ au-dessus du pont principal.

Rfection des niveaux

Une installation de stockage et de distribution d'eau distille permet de refaire le niveau des lments des lments en lectrolyte. La distribution se fait en gnral par gravit. Un long flexible comportant son extrmit un robinet gchette permet d'atteindre tous les lments du compartiment.

Homognisation de l'lectrolyte

Nous avons vu que les actions locales provoquaient des dgagements gazeux importants ainsi que la dsagrgation prmature des matires actives et une diminution des caractristiques. Pour homogniser l'lectrolyte, les grosses batteries sont dotes d'une installation de brassage de l'lectrolyte qui permet d'insuffler dans la partie infrieure du bac de chaque lment de l'air destin brasser l'lectrolyte.

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Entretien de la batterie :

Entretien des lments

Le maintien de l'isolement de la batterie impose que les surfaces extrieures des bacs soient maintenues l'tat propre et sec. Le nettoyage doit se faire avec des chiffons propres mais l'utilisation de dchets de coton qui l'tat gras prsentent des risques d'inflammation spontane est proscrite. En cas de dversement d'lectrolyte, les bacs peuvent tre nettoys avec de l'eau douce lgrement ammoniacale (neutralisation de l'acide). Il faut veiller ce que les joints d'tanchit aux passages des bornes dans le couvercle soient serrs et en bon tat. Les bornes et crous doivent tre nettoys et enduits de graisse minrale pure pour les mettre l'abri des sels grimpants. Les connexions doivent avoir leurs surfaces de contact avec les bornes parfaitement propres et tre fortement serres pour rduire le plus possible les rsistances de contact qui ont pour effet de consommer de l'nergie de d'lever la temprature des connexions. Le niveau de l'lectrolyte doit tre maintenu la hauteur normale prescrite par le fournisseur. Un niveau trop lev entrane des dbordements toujours trs nuisibles la conservation d'un bon isolement. Un niveau trop bas entrane la dtrioration de la partie suprieure des plaques qui mergent de l'lectrolyte.

Entretien de la batterie :

L'entretien de la batterie consiste essentiellement lui assurer un isolement aussi lev que possible. Les pertes d'une batterie la masse sont un danger permanent non seulement pour la batterie elle-mme mais aussi pour le personnel (lectrocution) et le matriel lectrique du bord que les fusibles et/ou disjoncteurs peuvent tre insuffisants protger. Il peut exister des lignes de fuite entre lments voisins sans aucune connexion la masse; bien qu'aussi dangereuses que les pertes la masse, il est trs difficile de les dtecter et il et ncessaire de maintenir le dessus des couvercles des accumulateurs trs propres pour rduire ce danger. Il faut noter que : l'interruption brusque d'une masse peut provoquer une tincelle provoquant elle-mme une explosion ou un incendie; Une masse peut tre la source d'chauffements et d'un incendie, mais aussi peut provoquer la dcharge partielle ou totale de certains lments ou de l'ensemble de la batterie. La recherche des pertes est donc une opration fondamentale.

Surveillance des batteries : Les paramtres principaux surveiller sont les suivants : Pour chaque lment :

tension temprature densit de l'lectrolyte niveau de l'lectrolyte

Pour les batteries (groupes d'lments) :

tension intensit tat de charge isolement

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Gnralement, ces paramtres sont contrls par une installation de surveillance automatique. La mesure cyclique et automatique de la tension de chaque lment avec seuils rglables d'alarme "haute" et "basse" permet de dtecter, en fin de charge, les lments qui dpassent la tension critique partir de laquelle le dgagement gazeux devient important. De mme, en fin de charge, on pourra viter une inversion d'lments (voir paragraphe avaries et incidents) et reprer les lments qui sont les premiers dchargs. L'installation permet de mesurer en continu la rsistance d'isolement du rseau de batterie par rapport la masse et dclenche une signalisation si cet isolement tombe en dessous d'un seuil dtermin et une alarme en cas d'isolement encore infrieur. Comme pour la temprature, l'installation permet d'afficher la valeur moyenne de la densit de l'lectrolyte de quatre lments, tous les lments tant quips de capteurs (grosses batteries). En fonction d'un rgime de dcharge puissance constante, souhait par l'exploitant et partir des mesures de densit, temprature et des bilans d'lectricit, l'installation permet de calculer le temps d'exploitation restant avant d'atteindre une tension de batterie limite.

Avaries et incidents de fonctionnement des accumulateurs : Gnralits : A ct de l'usure normale due au travail bien conduit de l'accumulateur et l'action de l'lectrolyte sur les plaques, il existe des avaries provoques soit par des erreurs de conduite, soit par des imperfections ou dfauts de construction. Ces avaries qui ne sont pas forcment indpendantes sont :

la sulfatation l'inversion de polarit les courts circuits intrieurs la dsagrgation prmature des matires actives l'empoisonnement des plaques par des impurets diverses

La sulfatation :

Le terme de sulfatation est un peu impropre et on devrait parler de sulfatation anormale ou irrductible. En effet la sulfatation est la formation de sulfate de plomb la surface et dans les pores de la matire active. Cette sulfatation se produit normalement l'occasion de la dcharge et seul un lment parfaitement charg est exempt de sulfate. Le sulfate ainsi form est constitu de petits cristaux qui sont facilement rduits lors de la charge. On dit en fait qu'il y a "sulfatation" lorsqu'il devient impossible de rduire le sulfate de plomb en plomb et proxyde de plomb par une charge normale. La charge est plus difficile et la dsulfatation ne se fait plus que partiellement : de gros cristaux et mme des crotes peuvent apparatre, les plaques prennent une couleur plus claire, deviennent dures et compactes, impermables l'lectrolyte et augmentant de volume, sont le sige de contraintes mcaniques qui entranent la chute de la matire active, la dformation et mme la rupture des grilles. Symptmes En dehors de la couleur des plaques qui est difficile dceler, la sulfatation se traduit pratiquement par les symptmes suivants :

diminution de la densit de l'lectrolyte en fin de charge, par rapport un lment sain puisqu'une partie des radicaux SO4 est reste combine au plomb,

longueur anormale de la dure de la charge puisque la transformation du sulfate est plus difficile,

dcharge plus rapide puisque la quantit de matire active convertible est plus faible, rsistance intrieure plus forte, ce qui provoque une lvation de temprature plus

importante.

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Causes de la sulfatation Les causes principales de la sulfatation sont : - une dcharge trop importante ceci peut rsulter :

dune dcharge volontaire conduite trop loin, de labandon dune batterie dcharge pendant un temps trop long, de linsuffisance persistante de charge,

- une utilisation une temprature excessive vis--vis de la densit de Ilectrolyte convenable - une valeur excessive de la densit de llectrolyte qui entrane une attaque spontane des plaques ceci peut rsulter :

dune erreur, lors du remplissage initial de la batterie, derreurs ou domission dans la rfection des niveaux

- des impurets introduites notamment par llectrolyte. Remdes la sulfatation Il faut commencer par analyser llectrolyte qui devra tre remplac sil contient une quantit excessive dimpurets. Une sulfatation lgre doit disparatre aprs une charge normale suivie dune surcharge faible rgime. Pour traiter une sulfatation importante, on charge I accumulateur dans un lectrolyte de faible densit. Il sufft, lissue dune charge complte normale, denlever llectrolyte et de le remplacer par de leau distille. On charge alors trs faible rgime. La dsulfatation est complte lorsque la densit de I lectrolyte cesse de crotre. Il faut viter tout dgagement gazeux important. On rgle ensuite la densit de I'lectrolyte sa valeur normale. Ce traitement peut tre renouvel une seconde fois en cas de ncessit. Si, aprs un second traitement, la dsulfatation nest pas obtenue cest que I'avarie est trop importante.

Linversion de polarit

On dit quun lment sinverse lorsque les plaques changent de polarit, les positives deviennent ngatives et vice versa. Sur les plaques positives apparat du plomb gristre et sur les ngatives on peut observer du peroxyde brun dans le plomb spongieux. Il en rsulte des couples locaux sur une mme plaque qui sont la source de courts-circuits, dune sulfatation excessive donc d'une augmentation de volume et dune dsagrgation des plaques. Ceci peut se produire en cas de dcharge importante prolonge surtout si la batterie est vieille. Le phnomne est brutal et conduit rapidement la dtrioration dfinitive de llment quil faudra ponter pour lliminer de la batterie.

Les courts-circuits intrieurs

Les courts-circuits intrieurs sont des drivations qui stablissent lintrieur de llment entre plaques de polarit diffrente, Ils peuvent apparatre la suite de la rupture dun ou plusieurs sparateurs ou par ltablissement dun contact par lintermdiaire des dpts de matire active au fond du bac. Ils peuvent galement rsulter dimpurets contenues dans llectrolyte. Ces courts- circuits ont en gnral une rsistance ohmique assez forte et les courts-circuits francs sont rares.

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Ils se traduisent par une diminution de la force lectromotrice et de la capacit. Il faut alors dpoter llment, enlever les dpts de matire active, lessiver le bloc des plaques, changer les sparateurs dfaillants (grosses batteries o de telles oprations sont possibles)

Dsagrgation prmature des matires actives.

La dsagrgation des matires actives est un phnomne normal d au vieillissement de lment. Elle peut tre acclre par les facteurs suivants : - ractions chimiques trop brutales la suite

dune charge mal conduite conduisant un dgagement gazeux important dactions locales importantes qui peuvent tre dues, par exemple une teneur trop

leve de llectrolyte en acide sulfurique - temprature excessive dutilisation

Empoisonnement des plaques par des impurets diverses

Hormis le cas dune introduction deau de mer dans la batterie, les impurets sont introduites en gnral, par I'lectrolyte; les plus courantes sont le chlore, le fer, le nickel, le cuivre, le manganse. - Le chlore Consquences dune entre deau de mer Gnralement, le chlore pntre dans les lments la suite dune introduction deau de mer. Aprs mlange avec llectrolyte et exposition laction oxydante de la matire active positive, leau de mer se dcompose. Une partie du chlore ainsi produit est entran par lair de ventilation et le reste est oxyd en perchlorure qui reste en solution. Le chlore provoque une dcharge spontane. Il se combine au plomb spongieux de la plaque ngative pour former du chlorure qui ragit sur lion sulfat pour former du sulfate de plomb et de lion chlorure. Lion chlorure ragit sur la matire active positive de manire former du chlore libre et des composs oxygns du chlore avec prcipitation de sulfate de plomb. Les deux types de plaques se sulfatent. Dispositions prendre bord La pntration deau de mer dons une batterie est immdiatement dcele par la prsence de chlore gazeux dans lair de ventilation. Il est ncessaire alors

de ventiler nergiquement; de mettre la batterie en circuit ouvert ou en faible dcharge; de rechercher les lments atteints par leau de mer; ces lments seront dcels par

leur humidit, un niveau anormalement lev, une faible densit (leau de mer ayant une densit plus faible que llectrolyte forme une couche distincte la surface de celui-ci), ils seront limins par partage;

enlever la totalit de llectrolyte au-dessus des plaques et le remplacer par de leau pure - d'attendre une escale o la batterie sera dbarque pour traitement. Durant ce transit, si le dgagement de gaz chlors est trop gnant, on peut recouvrir I lectrolyte des lments ponts dune couche de quelques centimtres de gasoil. Ds que possible on effectue une charge complte trs faible rgime. Pour la dcharge suivante, les lments dont la teneur en chlore sont infrieurs 50 mg par litre sont maintenus en service, les autres sont ponts. On recommence ainsi jusquau retour au port. Si la teneur en chlore ne tombe pas rapidement au-dessous de 50 mg par litre la situation ne peut tre prolonge sans graves dgts pour la batterie

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Traitement terre (grosse batteries) Le traitement terre consiste dpoter et laver les blocs de plaque qui subissent ensuite un bain leau chaude (50C environ) destin liminer les dernires traces de chlore. Ce traitement est suivi dune charge complte. Il peut tre complt en cas dintroduction importante deau de mer par une charge faible rgime effectue avec un lectrolyte faible densit. Si le teneur en chlore est alors encore suprieure 20 mg par litre, on dcharge laccumulateur avec un lectrolyte de densit normale, on change llectrolyte et on recharge nouveau. Si ce traitement est insuffisant, il faut soit remplacer les plaques positives, soit rformer laccumulateur. - Fer - Nickel - Cuivre Consquences de la prsence de fer, nickel ou cuivre Le fer provoque une dcharge spontane et contribue la dsagrgation des matires actives. Le nickel abaisse la tension de charge des plaques ngatives et peut conduire une accumulation rapide dantimoine sur ces dernires, ce qui provoque une dcharge spontane et augmente le dgagement dhydrogne. Le cuivre agit de manire analogue au nickel mais est moins nuisible concentration gale, Traitement en cas de contamination par le fer, le nickel, le cuivre Il faut changer llectrolyte et complter la charge. Cette opration est rpte jusqu ce que on obtienne un pourcentage admissible

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LES ACCUMULATEURS ALCALINS Sous le nom d'accumulateurs alcalins, on dsigne couramment des accumulateurs qui utilisent des plaques portant des matires actives base de fer ou de cadmium pour la cathode et de sesquioxyde de nickel pour l'anode, baignant dans une solution de potasse. On admet gnralement que les ractions qui se manifestent dans les lments se ramnent un dplacement d'oxygne d'une lectrode l'autre, l'lectrolyte servant de vhicule et ne participant pas aux ractions chimiques. La raction peut donc s'exprimer de la manire suivante :

( ) ( ) ( ) ( )charge2 2 2 dcharge ou 2 ou 2Cd OH Fe OH Ni OH Cd Fe Ni OH+ +ZZZZZXYZZZZZ 3 L'lectrolyte ne subit pas, en charge ou en dcharge, de modification dans sa masse bien qu'il semble tre modifi au voisinage des matires actives. En particulier, cette formule ne tient aucun compte de l'hydratation de la matire active ngative qui se prsente sous forme de fer mtallique l'tat spongieux lorsque l'lment est charg.

Constitution

Plaques

Les plaques positives contiennent de lhydrate de nickel qui, peu conducteur, doit tre mlang des flocons de nickel pur ou des paillettes de graphite qui lui donnent la conductivit ncessaire. Cette matire active est contenue soit dans des tubes cylindriques perfors de mme mtal, soit dans des pochettes plates. Ces accumulateurs sont appels alors respectivement plaques tubulaires ou plaques planes". Les tubes des plaques tubulaires sont enrouls gauche et droite et alterns sur la plaque de manire galiser les effets de dformation et viter la plaque de se cintrer. Remplis du mlange prcdent, ils sont bouchs et agrafs la presse dans des cadres dacier nickel, cependant que des frettes en acier rparties sur toute la longueur augmentent encore la rsistance mcanique. La matire active des plaques ngatives est constitue par loxyde de fer finement divis auquel on a ajout une petite proportion de mercure ou par du cadmium additionn dun peu de fer. Elle est enferme dans des pochettes faites avec deux rubans dacier nickel perfor, sertis. Les pochettes sont introduites et fixes dans le cadre constitu par une plaque dacier nickel dcoupe aux emplacements rservs aux pochettes. On utilise aussi actuellement des plaques ngatives frittes constitues par un cadre dacier sur lequel est fixe la partie active obtenue par agglomration de poudres mtalliques temprature leve (frittage). On obtient ainsi des plaques robustes ayant une grande porosit et une excellente conductibilit.

Sparateurs

Les plaques voisines sont spares soit par des tiges dbonite, soit sur les faces latrales, par des feuilles minces dbonite qui isolent les parois des bacs et protgent les cts des plaques. On utilise galement actuellement des sparateurs en fibre de verre, matriau susceptible de rsister lattaque de llectrolyte.

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Bacs

Le bac est constitu par lassemblage de plaques dacier, munies souvent d'ondulations pour en augmenter la rsistance. Le fond et le couvercle sont souds au chalumeau puis soigneusement nickels par lectrolyse. Les plaques, sont montes sur des tiges dacier, maintenues spares par des entretoises dacier. Les tiges passent travers le couvercle et ltanchit est assure par un joint en caoutchouc pur et bonite qui doit tre insensible llectrolyte. Une valve, dans le couvercle, permet le remplissage de llment, le dgagement gazeux et vite un renouvellement trop rapide de lair au voisinage de la surface du liquide qui en absorbe le gaz carbonique.

Electrolyte

Il est constitu par une solution aqueuse de potasse. On ajoute parfois une petite quantit de lithine qui semble en augmenter la dure. La densit de la solution varie peu prs linairement avec la concentration en potasse de 1,050 pour 5,6% 1,45 pour 40%; ces valeurs sont donnes pour une temprature ambiante de 18C. La rsistivit passe par un minimum pour une densit gale 1,250, le minimum valant 1,85cm. Elle varie peu dans le domaine compris entre 1,190 et 1,360, restant infrieure 2cm. Cette densit doit se maintenir dans des limites assez rduites si lon veut employer llment dans de bonnes conditions. En particulier, si la densit tombe au-dessous de 1,20 la rsistivit augmente rapidement et le rendement nergtique diminue en proportion. La capacit diminue, llment donne de mauvais rsultats lors dune dcharge pousse. Si au contraire, la densit est trop forte, llectrode ngative est attaque, surtout aux tempratures leves. Contrairement aux batteries au plomb, Llectrolyte des accumulateurs alcalins garde une densit dlectrolyte peu prs constante quel que soit son tat de charge. La densit ne donne donc aucune indication sur ltat de charge ou de dcharge dun accumulateur alcalin. La rsistivit est un facteur important du fonctionnement de I accumulateur, elle est augmente par introduction dans le bain dimpurets qui, en se combinant avec la potasse, diminuent sa teneur dans llectrolyte et augmentent sa rsistivit : c'est le cas des carbonates. Les radicaux acides attaquent les plaques positives. Les impurets de nature mtallique entranent des actions locales avec oxydation des plaques ngatives et dgagement dhydrogne.

Caractristiques

Force lectromotrice

La f..m. thorique dun lment au fer est 1,5V et celle dun lment au cadmium 1,45 V. Elles sont donc trs voisines. La force lectromotrice dun lment varie lors de la charge et de la dcharge en raison des modifications de la composition des matires actives sans que la masse de llectrolyte ait chang de densit. Pendant la charge la proportion doxygne des plaques positives augmente et du peroxyde apparat, dont linfluence est prpondrante sur la valeur de la force lectromotrice de charge. En fin de charge, la force lectromotrice dun lment fer nickel est de 1,48V, au bout de quelques

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jours, au repos, elle natteint plus que 1,35 V. Cette diminution est explique par la transformation du peroxyde en dautres oxydes du nickel avec libration doxygne. Cette baisse du potentiel lectrique peut tre vite si la dcharge suit immdiatement la fin de charge. La force lectromotrice est peu prs constante. Lors de la dcharge courant constant, en particulier, elle diminue moins que pour un accumulateur au plomb.

Rsistance interne

La rsistance intrieure dun lment standard au cadmium-nickel est peu prs moiti de celle dun lment au fer-nickel de mmes dimensions. Cette rsistance est faible, mais cependant, toutes choses gales dailleurs, plus grande que celle dun lment au plomb. Cet inconvnient, gnant pour des applications telles que dmarrage, a t considrablement attnu par la mise au point des accumulateurs plaques frittes, Ainsi, alors que la rsistance dune batterie standard de 80 AH est 55.10-4, celle d'une batterie plaques frittes est 10.10-4 et celle dune batterie voltabloc 5.10-4.

Capacit

La capacit des batteries alcalines est remarquablement constante. Elle ne varie ni avec la temprature, ni en fonction du temps de dcharge qui, avec la mme batterie, pourra tre indiffremment lente ou rapide. La capacit nominale C correspond une dcharge de 5 heures avec le courant C/5. Cette capacit dpend de la quantit de matire active contenue dans les lments, les ractions sont trop mal connues pour que lon puisse calculer avec rigueur la limite thorique de la capacit massique; aux plaques positives on met environ 4,5 fois plus de matire active quil nen faudrait et 5,8 fois plus sur les plaques ngatives. On peut obtenir dun lment alcalin pratiquement toute sa capacit, quel que soit le courant de dcharge condition toutefois de descendre sil y a lieu une tension assez basse. La tension de dcharge diminuant lorsque Le courant dbit augmente on voit que le rendement nergtique dcharge rapide sera infrieur au rendement en dcharge lente. Ltat des plaques enfin et, en particulier, la porosit et la conductivit des matires actives ont une influence directe sur la capacit.

Rendement

Le rendement en quantit est de lordre de 0,75 0,8. Le rendement en nergie, en raison des chutes apprciables de tension la charge et la dcharge est de lordre de 0,55 0,6 la valeur maximum obtenue ltant par une dcharge suivant immdiatement la charge. Les lments au cadmium-nickel ont un rendement un peu meilleur que les lments au fer-nickel mais ce rendement reste infrieur celui des lments au plomb.

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Mise en oeuvre

Dcharge

La courbe de dcharge est analogue celle dun lment au plomb, toutefois, la chute de tension est plus accentue. La temprature de llment augmente dune faon notable. La fin de lopration est indique par une chute acclre.

Charge

La courbe de charge slve dabord rapidement au dbut de lopration, puis ensuite plus lentement jusquau maximum qui est de 1,8V environ par lment. La temprature slve sensiblement. Un dgagement gazeux accompagne toute la charge. On peut charger les accumulateurs alcalins soit intensit constante, soit potentiel constant. Dans le premier cas, lopration peut se faire en cinq sept heures pour les batteries cadmium-nickel, en moins de temps encore pour les batteries fer-nickel (au lieu de 10 h pour les batteries au plomb). Dans le deuxime cas, il faut veiller ce que lintensit moyenne soit au moins gale la valeur de intensit de charge normale courant constant, si lon veut que la batterie travaille pleine capacit, On notera que la charge des batteries temprature leve est assez nuisible et que I'on a intrt oprer une temprature modre.

Dfauts et avaries Un accumulateur alcalin bien construit nest sujet aucune avarie. Le seul dfaut est le rsultat de la carbonatation de llectrolyte auquel on remdie par changement de celui-ci ou simplement par laddition dun lectrolyte, dit de renouvellement, de teneur plus forte en potasse. Lorsquil faut procder cette opration, on dcharge la batterie un rgime normal, jusqu' une tension aux bornes nulle, on met en court-circuit par petits groupes dlments pendant deux heures. On vide llectrolyte en le rinant nergiquement, on le remplit de suite et on le charge la moiti de lintensit de charge normale, soit pendant une quinzaine dheures.

Conduite et entretien. Une batterie alcaline peut tre laisse, sans inconvnient grave ltat charge ou dcharge sans que ses proprits soient sensiblement altres. Elle est donc tout indique pour marcher en tampon, en veillant ce que la quantit dlectricit fournie la batterie soit gale 1,4 fois au moins la quantit quelle dbite. La batterie doit tre tenue trs propre. Les bornes seront graisses, les dpts de carbonate enlevs; on vitera I'introduction de toute impuret et, en particulier, dacide; on vitera le voisinage de flamme ou dtincelle en raison de la nature du dgagement gazeux hydrogne pendant la charge, puis oxygne lorsque celle-ci est termine.

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Le niveau de llectrolyte sera maintenu une hauteur convenable par addition deau distille, Il faut veiller ce que le niveau ne descende pas au-dessous du bord suprieur des plaques, car la matire active des plaques ngatives trs oxydable, rougit au contact de lair, ce qui pourrait entraner lexplosion de llment. Elments tanches "Voltabloc" Parmi les progrs faits dans la construction des batteries ou cadmium- nickel, signalons la mise au point par la SAFT dlments dits VOLTABLOC qui prsentent le grand intrt dtre tanches. Leur fonctionnement normal nentranant aucun dgagement gazeux, il nest pas ncessaire de contrler le niveau de llectrolyte. Une sujtion importante dentretien est ainsi supprime. Lenveloppe dun lment VOLTABLOC est tanche avec toutefois sur le couvercle une soupape de sret qui a pour objet dviter une dformation du bac dans le cas o une surcharge prolonge entranerait une surpression interne. Ces lments possdent en outre une grande capacit massique et sont capables de fournir des puissances instantanes considrables. Ces proprits sont obtenues grce lemploi de plaques frittes de moins dun millimtre dpaisseur dont le support est un feuillard mtallique perfor. Ces plaques sont isoles par un tissu isolant et poreux qui les enveloppe. La rsistance interne est dix fois plus faible que celle dune batterie alcaline standard. Ces lments sont largement employs dans la marine marchande jusqu des capacits de 160 AH. Sous forme dlments boutons de quelques diximes dAmpre-heure de capacit ils ont leur emploi dans les lampes lectriques de poche o, ils jouent le rle de piles rechargeables.

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CARACTERISTIQUES COMPAREES DES ACCUMULATEURS ALCALINS ET DES ACCUMULATEURS AU PLOMB Les accumulateurs alcalins ont sur les accumulateurs au plomb les avantages suivants :

leur conservation dans le temps est meilleure, quils soient chargs ou dchargs ils supportent mieux les surcharges, on peut alimenter sans inconvnient en permanence un lment cadmium-nickel avec un courant de faible intensit (5 10 mA par ampre heure de capacit);

ils supportent des recharges rapides en une ou deux heures; leur capacit varie peu en fonction de lintensit de dcharge.

Dire quune batterie au plomb possde une capacit nominale de C Ah signifie quelle peut

dbiter 10C

A pendant 10 heures. Elle ne pourrait restituer avec un dbit de C Ampres que la

moiti de sa capacit. Au contraire une batterie alcaline de C Ah peut dbiter pratiquement C Ampres en 1 heure. Elles sont toutefois beaucoup plus onreuses lachat. Le grief souvent formul contre les batteries alcalines, davoir une rsistance interne relativement leve est considrablement rduit depuis la fabrication dlment plaques frittes. Les batteries alcalines les plus rcentes constituent en tous points un progrs considrable par rapport aux accumulateurs au plomb classiques. Utilisation des batteries alcalines Les caractristiques que nous venons de passer en revue explique pourquoi les batteries alcalines sont trs utilises bord des navires, comme batteries de secours Elles sont associes en gnral un chargeur et travaillent en tampon tant que la source dnergie lectrique principale demeure disponible et assure une autonomie de quelques heures en cas de panne de celle-ci.

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LES ACCUMULATEURS ARGENT-ZINC. Cet accumulateur, de fabrication relativement rcente, connu sous le nom de accumulateur ANDYAR (du nom de son inventeur ANDRE et de la Socit YARDNEY qui en a assur la mise au point industrielle) a reu dassez nombreuses applications en raison de sa puissance massique leve. L'lectrolyte est une solution de potasse pure. Llectrode positive est constitue par de largent pulvrulent tamis sur une toile mtallique, llectrode ngative par une grille en laiton supportant le zinc qui se dpose durant la charge. Les matires actives sont retenues par des tuis en cellulose. La f..m. varie de 1,65 2,2. Le rendement en quantit est de lordre de 95%, le rendement en nergie 85 %. Les avantages de ces batteries sont les suivants :

capacit par unit de poids ou de volume leve (de lordre de 60W/h par kg au lieu de 25 W/h par kg pour les accus au plomb),

rsistance interne trs faible permettant de fortes intensits de dcharge. Ces qualits justifient lemploi de ces accumulateurs dans laviation, les torpilles, divers fanaux portatifs,. A titre indicatif les caractristiques compares dune batterie prototype Ag-Zn de grande capacit avec celles dune batterie au plomb de mme volume sont les suivantes : la batterie au plomb pse 79 tonnes et est susceptible de tenir pendant 36 heures la puissance de 70 kW. La batterie Ag Zn pse 59 tonnes et peut fournir cette mme puissance pendant 79 heures. Une batterie AgZn 100 AH 24V type aviation pse 28 kg. Une batterie Voltabloc V035 de 35 AH 24 V pse 36kg. Les batteries A9Zn sont deux trois fois plus chres que les accumulateurs CdNi quivalents. Leur endurance est mal connue en raison de leur introduction assez rcente sur le march.

BIBLIOGRAPHIE : Sources d'nergie des sous-marins : batteries d'accumulateurs lectriques par l'Ingnieur en Chef de l'Armement DARPAS, dition 1974 Connaissance des accumulateurs au plomb et autres gnrateurs lectrochimiques par G. GORY, dition SEMIS, collection Auto-Volt, 1977

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TABLE DES MATIERES LES ACCUMULATEURS AU PLOMB ...............................................................................1

thorie-fonctionnement...................................................................................................1 Thorie lmentaire des ractions chimiques ................................................................2

Dcharge ....................................................................................................................2 Charge........................................................................................................................3 Caractristiques d'un accumulateur au plomb..........................................................10 Entretien d'une batterie.............................................................................................10

Prcautions prises vis--vis du dgagement d'hydrogne : ..................................12 Dispositions prises vis--vis des courts circuits et tincelles :...............................12 Prcautions vis--vis de l'acide sulfurique :...........................................................13 Prcaution vis--vis des entres d'eau de mer : ...................................................13 Rfection des niveaux...........................................................................................13 Homognisation de l'lectrolyte ..........................................................................13

Entretien de la batterie :............................................................................................14 Entretien des lments .........................................................................................14 Entretien de la batterie : ........................................................................................14

Surveillance des batteries :.......................................................................................14 Avaries et incidents de fonctionnement des accumulateurs : ...................................15

La sulfatation :.......................................................................................................15 Linversion de polarit ...........................................................................................16 Les courts-circuits intrieurs .................................................................................16 Dsagrgation prmature des matires actives. .................................................17 Empoisonnement des plaques par des impurets diverses ..................................17

LES ACCUMULATEURS ALCALINS ..............................................................................19 Constitution...............................................................................................................19

Plaques .................................................................................................................19 Sparateurs ..........................................................................................................19 Bacs ......................................................................................................................20 Electrolyte .............................................................................................................20

Caractristiques........................................................................................................20 Force lectromotrice .............................................................................................20 Rsistance interne ................................................................................................21 Capacit................................................................................................................21 Rendement ...........................................................................................................21

Mise en oeuvre .........................................................................................................22 Dcharge ..............................................................................................................22 Charge ..................................................................................................................22

Dfauts et avaries.....................................................................................................22 Conduite et entretien. ...............................................................................................22

CARACTERISTIQUES COMPAREES DES ACCUMULATEURS ALCALINS ET DES ACCUMULATEURS AU PLOMB .................................................................................24

LES ACCUMULATEURS ARGENT-ZINC. ......................................................................25 BIBLIOGRAPHIE : .......................................................................................................25 TABLE DES MATIERES ..............................................................................................26

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LES ACCUMULATEURS AU PLOMBthorie-fonctionnement Thorie lmentaire des ractions chimiquesDchargeChargeCaractristiques d'un accumulateur au plombEntretien d'une batteriePrcautions prises vis--vis du dgagement d'hydrogne :Dispositions prises vis--vis des courts circuits et tincelles :Prcautions vis--vis de l'acide sulfurique :Prcaution vis--vis des entres d'eau de mer :Rfection des niveauxHomognisation de l'lectrolyte

Entretien de la batterie :Entretien des lments Entretien de la batterie :

Surveillance des batteries :Avaries et incidents de fonctionnement des accumulateurs :La sulfatation :Linversion de polaritLes courts-circuits intrieursDsagrgation prmature des matires actives.Empoisonnement des plaques par des impurets diverses

LES ACCUMULATEURS ALCALINSConstitutionPlaquesSparateursBacsElectrolyte

CaractristiquesForce lectromotriceRsistance interneCapacitRendement

Mise en oeuvreDchargeCharge

Dfauts et avariesConduite et entretien.

CARACTERISTIQUES COMPAREES DES ACCUMULATEURS ALCALINS ET DES ACCUMULATEURS AU PLOMB

LES ACCUMULATEURS ARGENT-ZINC.BIBLIOGRAPHIE :TABLE DES MATIERES

couverture_avant_poly_accumulateurs.pdfLes Accumulateurs