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PhysiqueD�finition sous licence CC-BY-SA 3.0
Accumulateur �lectrique
accumulateur �lectrique �nergie �lectromagn�tique capacit� �lectrique circuit magn�tique Tweeter
Un accumulateur �lectrique ou simplement un accumulateur pour les techniciens accu, est un dispositif destin� � stocker l'�nergie �lectrique, sous forme �lectrique (condensateur) ou accumulateurs �lectrochimiques, parfois appel�s � tort pile rechargeable. On distingue aussi les accumulateurs �lectriques des dispositifs plus complexes, qui convertissent de l'�nergie �lectrique (Un apport d'�nergie �lectrique � un syst�me �lectrotechnique est n�cessaire pour qu'il effectue un travail : d�placer une charge, fournir de la lumi�re,...) pour la stocker sous une autre forme (par exemple cin�tique) et qui peuvent ensuite reconvertir cette �nergie (Dans le sens commun l'�nergie d�signe tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumi�re, de produire un mouvement.) dans l'autre sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) pour g�n�rer de l'�lectricit� (L’�lectricit� est un ph�nom�ne physique d� aux diff�rentes charges �lectriques de la mati�re, se manifestant par une �nergie. L'�lectricit� d�signe �galement la branche de la physique qui �tudie les...) (voir�: stockage d'�nergie). Lorsque l'on parle d'�l�ments rechargeables on utilise le terme d'accumulateur. On les distingue des piles �lectriques qui ne sont par d�finition (Une d�finition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'o� la division entre les d�finitions r�elles et les d�finitions...) pas rechargeables. Les piles fournissent la quantit� (La quantit� est un terme g�n�rique de la m�trologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre mani�re de d�nommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) d'�lectricit� pr�vue � leur fabrication (aucune charge (La charge utile (payload en anglais�; la charge payante) repr�sente ce qui est effectivement transport� par un moyen de transport donn�, et qui donne lieu � un paiement ou un b�n�fice non...), ni pr�paration n'est n�cessaire avant utilisation). G�n�ralit�s La Jamais Contente (La Jamais Contente a �t� le premier v�hicule automobile � franchir le cap des 100 km/h. C'�tait une voiture �lectrique en forme de torpille sur roues et le...) L'�nergie �lectrique peut se stocker de diff�rentes mani�res�: Sous forme d'�nergie �lectrostatique (L'�lectrostatique traite des charges �lectriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-�-dire de leurs interactions.), en accumulant des charges �lectriques dans un ou plusieurs condensateurs. L'apparition, vers 1995, de condensateurs dont la capacit� peut atteindre quelques centaines de farads permet de r�aliser des substituts aux batteries d'accumulateurs classiques. Les avantages sont un gain de poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la...) et un fonctionnement possible par tr�s grand froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) (v�hicules polaires). Avec un inconv�nient de taille le prix au Wh stock� nettement plus �lev�. Sous forme d'�nergie �lectromagn�tique (Les forces �lectrostatiques et magn�tiques peuvent faire d�placer des objets � distance, il semble donc �vident qu'� tout ph�nom�ne �lectromagn�tique est associ� une �nergie...), en �tablissant un courant �lectrique (Un courant �lectrique est un d�placement d'ensemble de porteurs de charge �lectrique (�lectrons).) dans un circuit bobin� autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) d'un circuit magn�tique (Un circuit magn�tique est un circuit g�n�ralement r�alis� en mat�riau ferromagn�tique au travers duquel circule un flux de champ magn�tique), de telle sorte que l'�nergie n�cessaire pour mettre en mouvement les charges �lectriques puisse �tre restitu�e par induction. La dur�e de stockage de l'�nergie reste faible m�me avec les meilleurs m�taux conducteurs que sont l'argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du latin Argentum — et de numéro atomique 47.) et le cuivre en raison des pertes par effet Joule (L'effet Joule est la manifestation thermique de la r�sistance �lectrique. Il se produit lors du passage d'un courant �lectrique dans tous mat�riaux conducteurs, � l'exception des...) dans le circuit�; un stockage de longue dur�e n�cessite ainsi l'utilisation de mat�riaux (Un mat�riau est une mati�re d'origine naturelle ou artificielle que l'homme fa�onne pour en faire des objets.) supraconducteurs. Les dispositifs ainsi r�alis�s sont connus sous le nom de SMES�: Superconducting Magnet Energy Storage. Sous forme �lectrochimique, qui pr�sente la caract�ristique int�ressante de fournir une tension (La tension est une force d'extension.) (diff�rence de potentiel) � ses bornes peu d�pendante de sa charge (quantit� d'�nergie stock�e) ou du courant d�bit�. On utilise la propri�t� qu'ont certains couples chimiques d'accumuler une certaine quantit� d'�lectricit� en modifiant leur structure mol�culaire et ceci de mani�re r�versible. Diff�rents types de couples chimiques sont utilis�s pour la r�alisation d'accumulateurs �lectriques. Compte tenu des limites des techniques de stockage direct de l'�lectricit�, le mot accumulateur d�signe en �lectrotechnique (�tymologiquement l'�lectrotechnique d�signe l'�tude des applications techniques de l'�lectricit�. En r�alit�, l'�lectrotechnique regroupe les disciplines...), principalement le dispositif �lectrochimique. Caract�ristiques d'un accumulateur �lectrochimique La tension ou potentiel (en volt) est un param�tre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) important. Fix�e par le potentiel d'oxydo-r�duction du couple redox utilis�, elle est de l'ordre de quelques volts pour un �l�ment. Comme en pratique on d�sire des tensions plus �lev�es, (typiquement 12, 24 voire 48�V), pour augmenter la tension on raccorde des �l�ments en s�rie au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des...) d'une batterie d'accumulateurs�; (c'est sans doute l'origine du terme "�batterie�" comme synonyme courant d'"�accumulateur�" et, en anglais, de "�pile�"�; toutefois certains �voquent une autre source �tymologique possible�: l'effet de choc (D�s que deux entit�es interagissent de mani�re violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes �nergies.) d'un courant �lectrique, comme si l'appareil �lectrique "�battait�" celui qui re�oit la d�charge). La capacit� �lectrique (La capacit� repr�sente la quantit� de charge �lectrique stock�e pour un potentiel �lectrique donn�. Elle est d�finie comme �tant la somme des charges...) est g�n�ralement indiqu�e en A.h (Amp�re(s) pendant une heure) par le constructeur. Elle se mesure dans la pratique par r�f�rence au temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de charge/d�charge, en Ah (amp�re-heure) ou mAh (milliamp�re-heure), mais l'unit� officielle (SI) est le coulomb. 1�Ah = 1�000�mAh = 3�600�C�; 1�C = 1�Ah/3�600 = 0,278�mAh. L'�nergie stock�e se mesure usuellement en Wh (watt-heure) mais l'unit� officielle (SI) est le joule. 1�Wh = 3�600�J = 3,6�kJ�; 1�J = 0,278�mWh. Le d�bit (Un d�bit permet de mesurer le flux d'une quantit� relative � une unit� de temps au travers d'une surface quelconque.) maximum d'un accumulateur se mesure en amp�re (Amp�re peut d�signer :). L’imp�dance (Le terme Imp�dance est utilis� dans plusieurs domaines:) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme d'études...), exprim�e en ohm, imp�dance parasite qui limite le courant de d�charge, ainsi que la fr�quence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on...) de ce courant, en transformant en chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et temp�rature ont souvent un sens �quivalent : Quelle chaleur !) par effet joule une partie de l'�nergie restitu�e. En pratique, on assimile souvent l'imp�dance � la seule r�sistance pure. La densit� (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps...) massique est une des caract�ristiques importantes d'un accumulateur, elle correspond � la quantit� d'�lectricit� (Ah/kg) ou d'�nergie (Wh/kg) qu'il peut restituer par rapport � sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...). La densit� volumique est une autre caract�ristique qui peut avoir son importance, elle correspond � la quantit� d'�lectricit� (Ah/m�) ou d'�nergie (Wh/m�) qu'il peut restituer par rapport � son volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.). Diff�rentes technologies Plomb-acide La tension nominale d'un �l�ment accumulateur de ce type est de 2�V. Il s'agit du syst�me le plus ancien, mais aussi potentiellement l'un des plus polluants. C'est le dispositif de stockage d'�nergie �lectrique utilis� dans la plupart des v�hicules automobiles. L'accumulateur au plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin...) a �t� invent� par Gaston Plant� qui observait l'�lectrolyse (Dans l'industrie chimique, l'�lectrolyse est une m�thode de s�paration d'�l�ments ou de compos�s chimiques li�s utilisant l'�lectricit�.) de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) acidul�e. En essayant le plomb dans sa recherche (La recherche scientifique d�signe en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de d�velopper les connaissances scientifiques. Par extension m�tonymique, la recherche scientifique d�signe...) de mati�res plus �conomiques que le platine, il remarqua que son appareil rendait de l'�lectricit� lorsqu'on coupait l'alimentation�; comme si l'oxyg�ne (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) et l'hydrog�ne (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) pouvaient rendre l'�lectricit� qui les avait produits. Il crut avoir invent� la pile � combustible (Une pile � combustible est une pile o� la fabrication de l'�lectricit� se fait gr�ce � l'oxydation sur une �lectrode d'un combustible r�ducteur (par exemple l'hydrog�ne) coupl�e � la...), mais comprit vite que ce n'�tait pas l'oxyg�ne et l'hydrog�ne gazeux qui rendaient le courant, mais la modification chimique (oxydation) de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) du plomb. Son appareil se composait de deux lames de plomb maintenues �cart�es par des bandes isolantes. Pour augmenter la surface des �lectrodes, Plant� enroula concentriquement deux bandes de plomb s�par�es par deux intercalaires de caoutchouc pour �viter tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) contact entre elles, le tout contenu dans un bocal de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...) rempli d’eau acidul�e. Pour obtenir une capacit� de d�charge importante, G. Plant� constata qu’il �tait n�cessaire de faire subir aux �lectrodes une s�rie de cycles charge/d�charge qui constituait ce qu’il appela "�la formation�". Le fonctionnement de la batterie ne disperse pas de plomb. Le plomb est un polluant, en revanche le recyclage (Le recyclage est un proc�d� de traitement des d�chets industriels et des d�chets m�nagers qui permet de r�introduire, dans le cycle de production d'un produit, des mat�riaux qui le composent. L'un des exemples qui...) des batteries est facile. Le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des actions...) et le recyclage des batteries est de plus en plus s�v�rement r�glement�, ce qui augmente les frais, diminue la rentabilit� du recyclage�; par cons�quent la quantit� de batteries recycl�es a tendance � diminuer, le prix du kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unit� de masse du Syst�me international d'unit�s (SI).) de batteries devient inf�rieur au prix du kilogramme de ferraille. La dur�e de vie (La vie est le nom donné :) ainsi que les performances d’une batterie au plomb d�pendent fortement de l’utilisation que l’on en fait. Ainsi, on a vu des batteries rendre l’�me apr�s seulement 50 cycles alors que d’autres du m�me type ont tenu plus de 500 cycles. Cette forte disparit� est en partie due au fait que ces batteries sont influenc�es par le type de cycle charge/d�charge qu’on leur impose, supportent tr�s mal les d�charges profondes et n�cessitent un syst�me embarqu� (Un système embarqué peut être défini comme un système électronique et informatique autonome, qui est dédié à une tâche bien précise. Ses ressources disponibles sont...) de contr�le (Le mot contr�le peut avoir plusieurs sens. Il peut �tre employ� comme synonyme d'examen, de v�rification et de ma�trise.) tr�s pouss� afin de fournir les meilleures performances possibles. Ni-Cd (Nickel-cadmium) Accus Ni-Cd divers La tension nominale d'un �l�ment accumulateur de ce type est de 1,2�V. Ce couple �lectrochimique est l'un des plus couramment utilis�s depuis plusieurs d�cennies pour fabriquer des batteries d'accumulateurs alimentant les appareils portatifs. Ce type d'accumulateur poss�de un effet m�moire (L'effet m�moire est un ph�nom�ne physico-chimique affectant les performances des accumulateurs �lectriques.), ce qui impose leur stockage dans un �tat d�charg� (0,6�V). La fin de charge est caract�ris�e par une variation de la tension de charge (dv/dt) n�gative. C'est ce seuil qui est d�tect� par les chargeurs automatiques de qualit� pour arr�ter la charge. Par rapport au Ni-MH, le Ni-Cd peut supporter des pointes de courant en d�charge plus importantes (de l'ordre de 10 fois) mais sa d�charge naturelle est beaucoup plus rapide que celle du Ni-MH. Le cadmium est tr�s polluant. Ce type d'accumulateur permet un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de cycles charge/d�charge plus important que les accus Li-ion et beaucoup plus important que les Ni-MH (dur�e de vie sup�rieure). Ni-MH (Nickel-m�tal hydrure) La tension nominale d'un �l�ment accumulateur de ce type est de 1,2�V. Ce type d'accumulateur n'incorpore ni cadmium ni plomb et est donc peu polluant. De plus, son �nergie massique est sup�rieure de 40�% � celle des Ni-Cd et son effet m�moire (D'une mani�re g�n�rale, la m�moire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) est tr�s faible. La fin de charge est caract�ris�e par une variation de la tension de charge (δv/δt) tr�s faiblement n�gative. C'est ce seuil qui est d�tect� par les chargeurs automatiques de qualit� pour arr�ter la charge. Ni-Zn (Nickel-zinc) Le NiZn est un couple connu depuis longtemps, mais qui n'avait pu �tre industrialis� de mani�re significative, � cause d'une tr�s faible dur�e de vie en cyclage. Ce probl�me est aujourd'hui totalement r�solu par une nouvelle technologie (Le mot technologie poss�de deux acceptions de fait :) d�velopp�e (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) en France entre 1998 et 2005. Le NiZn constitue d�sormais un syst�me � la fois d'�nergie et de puissance (Le mot puissance est employ� dans plusieurs domaines avec une signification particuli�re :), aux performances sup�rieures � celles du NiCd et du NiMH. Il accepte des r�gimes �lev�s de charge et de d�charge. Sa tension nominale est de 1,65 V. Le NiZn est un accumulateur robuste, fiable et parfaitement s�r, fonctionnant en mode sans maintenance (�tanche). Sa dur�e de vie en cyclage est �quivalente � celle du NiCd, son autod�charge et son effet m�moire sont inf�rieurs. Le NiZn est de fabrication plus �conomique que les autres accumulateurs alcalins (NiCd et NiMH). Il ne contient aucun m�tal lourd (La notion d'�l�ment-traces m�talliques, ou ETM (anciennement m�taux lourds), est actuellement une notion relativement floue, sans d�finition scientifique, technique ou juridique qui soit unanimement...), et il est ais�ment et int�gralement recyclable en fin de vie. Lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) Les accumulateurs � base de lithium sont d'une technologie r�cemment mise au point (Graphie) et en cours de d�veloppement intense, pr�sentant un tr�s important potentiel �lectrochimique. On distingue la technologie Lithium m�tal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les métaux...) o� l'�lectrode n�gative est compos�e de lithium m�tallique (mat�riau qui pose d'importants probl�mes de s�curit�), et la technologie lithium ion, o� le lithium reste � l'�tat ionique gr�ce � l'utilisation d'un compos� d'insertion aussi bien � l'�lectrode n�gative (g�n�ralement en graphite) qu'� l'�lectrode positive. Les probl�mes de s�curit� demeurent (prise de feu) en cas de surcharge, de surd�charge ou de court-circuit. Les accumulateurs lithium-ion sont partiellement remplac�s par les accumulateurs lithium polym�re d�livrant un peu moins d'�nergie, mais beaucoup plus s�rs. La dur�e de vie de ces accumulateurs n'est que de 2 � 3 ans apr�s fabrication, ind�pendamment du nombre de cycles de charges. Le potentiel le plus r�pandu d'une cellule au lithium-ion est de 3,7 V. Pile alcaline Contrairement aux mentions inscrites sur leurs emballages, les piles alcalines "�non rechargeables�" peuvent elles aussi �tre r�g�n�r�es partiellement. Mais seulement avec un chargeur adapt� � cet usage. Les chargeurs standard (Ni-MH ou Ni-Cd) utilisent des m�thodes de charges non appropri�es qui rendent l'op�ration dangereuse, pouvant aller jusqu'� l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue...) de la pile ou du moins la destruction du container avec fuite des composants acides. D'ailleurs, par s�curit� et de fa�on g�n�rale, chaque chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle...) n�cessite une m�thode de charge sp�cifique donc un chargeur compatible. Certes, les alcalines subiront un nombre de cycles moins grand qu'un accumulateur, m�me en restant dans les conditions id�ales de r�versibilit� de la r�action chimique (en particulier, en ne d�chargeant jamais les �l�ments � moins de 1,25 V), il n'est possible de les r�g�n�rer que quelques dizaines de fois au maximum. En cons�quence, cette possibilit� est m�connue du grand public, d'autant qu'elle est r�serv�e aux amateurs avertis des contraintes. De plus, cela ne peut �tre rentable que pour certains usages. Alcaline rechargeable Il existe depuis les ann�es 2000 une version am�lior�e dite alcaline rechargeable, sp�cifiquement destin�e � �tre recharg�e de nombreuses fois. Ce produit est manufactur� en particulier par une soci�t� canadienne Pure �nergie. Elle est disponible dans le commerce de fa�on presque confidentielle. Ce type de piles alcalines est particuli�rement adapt� aux appareils qui ne d�chargent ni trop vite, ni trop profond�ment leurs accumulateurs. Mais elles peuvent servir d'"accu de secours" gr�ce � leur longue dur�e de conservation de la charge hors utilisation. En France les Alcalines rechargeables Le fabricant canadien Brome Actuellement au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι ist�mi, � se tenir droit et ferme �) est un �quipement...) de prototype, les accumulateurs � base de brome seront probablement r�serv�s aux installations fixes car ils n�cessitent la circulation (La circulation routi�re (anglicisme: trafic routier) est le d�placement de v�hicules automobiles sur une route.) de l'�lectrolyte et que, de plus, le brome est particuli�rement dangereux. Les couples �tudi�s sont: sodium-brome, vanadium-brome et zinc-brome. Tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employ� :) comparatif des diff�rentes technologies Type �nergie massique Tension d'un �l�ment Dur�e de vie (nombre de recharges) Temps de charge auto-d�charge par mois (Le mois (Du lat. mensis �mois�, et anciennement au plur. �menstrues�) est une p�riode de temps arbitraire.) Plomb 30-35 Wh/kg 2 V 200-300 8-16 h 5�% Ni-Cd 40-55 Wh/kg 1,20 V 1�500 1 h > 20�% Ni-MH 60-70 Wh/kg 1,20 V 300-600 2-4 h > 30�% Ni-Zn 70-80 Wh/kg 1,65 V > 1�000 1-3 h > 20�% Pile Alcaline 80-160 Wh/kg 1,50-1,65 V < 50 1-16 h (selon capacit�) < 0,3�% Li-ion 90-160 Wh/kg 3,7 V 500-700 2-4 h 10�% Li-Po 80-130 Wh/kg 3,7 V 300-500 2-4 h 10�% Li-Air 1500-2500 Wh/kg 3,4 V �? �? �? � noter que la batterie Li-Po(lym�re) est effectivement moins performante que la Li-ion mais fabriqu�e diff�remment. Elle prend moins de place que la Li-ion. Par cons�quent une batterie Li-Po de m�me taille qu'une batterie Li-ion poss�de une capacit� plus importante (contrairement � ce que semblerait laisser penser ce tableau).	Source: Wikip�dia publi�e sous licence CC-BY-SA 3.0.
Fonction d'�tat, variable d'�tat, �quation d'�tat
Centrale nucl�aire
Chaleur massique
CERN confirmation de l'existence de hadrons exotiques
Scruter l'infiniment petit pour cr�er des infrastructures plus durables
Des batteries de grande capacit� � charge ultra rapide
Battenice: une batterie rechargeable fine comme du papier
Un mat�riau r�sistant innovant inspir� de la nacre