Les différentes sortes de piles

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Nous décrivons ici les différentes sortes de piles non rechargeables. La différence est parfois floue, car les piles alcalines peuvent être rechargées (avec plus ou moins de succès). Les piles classiques sont utilisées principalement dans les appareils qui ne consomment pas beaucoup de courant (horloges, télécommandes, petites radios). Les accus sont décrits ici.

Les piles salines et alcalines sont les plus connues (toutes deux basée sur la technologie zinc-carbone), mais il existe de très nombreuses technologies adaptées.

La différence entre piles (non rechargeable) et accu est assez faible, car on peut recharger une pile alcaline (avec schéma d'un chargeur adapté à réaliser soi-même).

Voici un test de piles rechargeables (ou du moins vendues comme étant "rechargeables") comparées à un jeu de piles classiques, et comparées à un vrai accu NiMH.

Il existe également des piles au lithium qui ont la même forme et la même tension que les piles et accus au format AA et AAA mais qui ne peuvent pas être rechargées.

On retrouve parfois le terme de primaire (piles) et secondaire (accus) dans la littérature anglo-saxonne qui utilise le même terme de "battery" pour les piles et les accus.

Le terme de “pile” provient de l'empilement d'éléments (à l'époque du cuivre et du zinc) permettant d'obtenir une tension plus élevée (chaque élément produisant environ 0.9V).

La “pile” de Volta est en fait la première source de courant produite de manière chimique, et donc l'ancètre de toutes les piles. Le courant produit était très faible, de l'ordre de quelques milliampères et il s'agissait d'une curiosité scientifique qui n'avait pas encore d'applications pratiques. Un des problèmes était la formation de microscopiques bulles d'hydrogène qui est un isolant.

Dans les piles zinc-carbone (piles salines et alcalines) on a remplacé le cuivre par du carbone, ce qui permet d'avoir une tension plus élevée (on passe de 0.9 à 1.5V) et on a ajouté du dioxyde de manganèse (dépolarisant) qui va se lier chimiquement à l'hydrogène pour former de l'eau.

Piles lithium (lithium-disulfide de fer)

Les piles au lithium existent aussi sous forme classique (AA et AAA). Il ne s'agit pas d'accus au lithium. La composition de la pile (LiFeS₂: lithium-disulfide de fer) permet une tension d'1.5V comme les piles classiques. La tension aux bornes à tendance à légèrement augmenter si la pile n'est pas utilisée. C'est une pile de premier choix qui permet de fournir un courant extrèmement important. Quand elle n'est pas utilisée, la durée de stockage est d'environ 8 ans (comparé à 1 an pour une pile saline ou alcaline classique).

Ces piles ont idéales comme source de courant en cas de besoin (en tournage dans la brousse et les accus de l'appareil photo sont tous déchargés). C'est à ce moment que les avantages de ces piles sautent aux yeux! Les piles sont très légères et on ne remarque pas qu'on les a avec soi. On peut trouver ces piles dans le commerce spécialisé.

La capacité totale des premières piles au lithium n'était pas supérieure à celle des batteries alcalines, le seul avantage à les utiliser dans des appareils faibles consommateurs est que la décharge propre est pratiquement nulle. C'est la seule pile ”qui ne s'use que si l'on s'en sert“ pour citer un slogan publicitaire bien connu. Alors qu'avant je devais remplacer la pile de mon posemètre une fois par an (pile alcaline), maintenant elle tient le coup depuis plus de 3 5 7 ans et le posemètre indique une capacité de plus de 90%.

Pile nickel-zinc

La technologie nickel-zinc est très longtemps à l'étude, sans résultats vraiment probants. En fait il s'agit de batteries rechargeables, mais elles sont parfois vendues commes piles non-rechargeables, voir la publicité GP DIGI. Les accus Nickel-Zinc sont décrits ici.

Les ingénieurs ne sont toujours pas parvenu à maitriser totalement la dissolution du zinc dans l'électrolyte. Quand le zinc se redépose lors de la recharge, il forme des dendrites (des longs filaments) qui vont faire un cours-circuit entre les deux pôles. Le nombre de recharges est limité à 200 (et le rendement diminue déjà à partir de 50 cycles). La capacité de ces accus est faible, identique à celle des piles salines classiques. Ces piles/accus peuvent par contre fournir un courant très important, comparable à celui d'un accu NiMH. Je crois que ces piles (ou accus) ne sont plus vendus.

Avantages des piles/accus NiZn:

Tension légèrement supérieure (1.6V et même 1.85V quand elles sont totalement chargées ou neuves)
Permet de fournir un courant très important sans que la tension ne chute, ce qui autorise par exemple une recharge plus rapide du condensateur d'un flash. Attention, certains flashes plus anciens qui utilisent la résistance interne de la pile comme système de limitation du courant ne peuvent pas utiliser ces piles qui ont à la fois une tension plus élevée que les piles classiques et une résistance interne très faible.

Piles bouton

Les piles au lithium-manganèse ont 3V (types CRxxxx) et sont souvent utilisées pour la fonction mémoire de différents appareils car le courant instantané qu'elles peuvent fournir est limité. Par contre, elles gardent leur charge très longtemps (5 ans environ). Il existe d'autres systèmes chimiques moins courants (également basés sur le lithium).

Les piles au mercure (PX...) sont maintenant interdites. Elles étaient souvent utilisées dans les appareils de mesure comme les posemètres à aiguille (ou dans les posemètres intégrés à l'appareil photo) car elles ont une tension très stable: la tension est de 1.35V pendant les 99% de la décharge, ce qui est important pour une mesure correcte.

Les piles à l'oxyde d'argent ont également une tension très stable jusqu'à la fin de la décharge et sont souvent recommandées comme alternative aux piles au mercure. Par contre, leur tension est de 1.6V. La plupart des appareils doivent être recalibrés pour pouvoir utiliser ces piles.

Les piles bouton sont de différentes technologies:

On retrouve la technique alcaline dans les piles les moins chères (1.5V), utilisées pour certaines montres, pour les lampes à DEL, etc
Les piles au lithium-manganèse utilisées pour la fonction mémoire de différents appareils (3V ou 3.6V).
Les piles au mercure (1.35V) maintenant interdites.

Notez l'existence des piles zinc-air (utilisées dans les amplificateurs pour malentendants) qui ont une capacité très élevée (un des composants actifs est l'oxygène de l'air), mais dont la durée de vie est limitée une fois la batterie activée (un mois au maximum, dépendant fortement des conditions d'humidité et de température). L'activation s'effectue en enlevant le plastique, permettant à l'air d'entrer dans la pile. Il s'agit de piles-bouton, mais on a également fabriqué de telles piles pour la signalisation ferroviaire (avant que tout le réseau ne soit électrifié). Ces piles ont une capacité au moins trois fois supérieure à celle des piles alcalines et elles sont relativement bon marché (ces piles sont vendues par blister contenant plusieurs piles).