Les batteries au plomb-acide sont le type de batteries les plus anciennes. Elles sont faciles à fabriquer, les matières premières sont bon marché et abondantes et la filière de recyclage est bien au point. Mais ce sont les batteries qui ont le plus mauvais rapport puissance/poids.
Les batteries acide-plomb avec électrolyte gélifié étaient utilisées dans les premiers camescopes (avec caméra et enregistreur séparé ou modèles à porter sur l'épaule). C'étaient les seules batteries qui étaient assez fiables et avaient une capacité suffisante dans les années 1980.
Ces batteries sont bon marché et servent principalement de batterie de démarrage dans les voitures. Une autre fonction sont les alimentations de secours (éclairage de secours, systèmes d'alarme, UPS). Ces batteries doivent être maintenues en charge (float charge) ou être rechargées après emploi car elles se déteriorent en quelques jours si on les laisse en état déchargé: c'est le sulfatage, la transformation de l'oxide de plomb en sulfate de plomb inerte (qui ne participe plus à la réaction). C'est une réaction pratiquement irréversible.
Les batteries existent soit avec electrolyte liquide (acide sulfurique dilué), soit en construction étanche où l'acide est gélifié. Les différentes sortes d'accus au plomb-acide sont décrites ici.
Ces batteries ont une tension d'élément d'environ 2V et ne peuvent donc pas être utilisées à la place de piles classiques. Il s'agit de toute façon d'éléments assez volumineux.
Les électrodes se composent d'une grille en plomb. De la pâte de plomb est comprimée dans la grille, formant une plaque friable. Les électrodes sont séparées par un isolant poreux laissant passer les ions. Les électrodes compriment les plaques pour réduire les pertes de plomb. Chaque électrode se compose de plusieurs plaques pour augmenter la surface active et donc le courant qui peut être fourni. Il y a chaque fois une plaque positive, un séparateur, une plaque négative, un séparateur, une plaque positive, et ainsi de suite.
L'electrolyte participe à la réaction et la concentration de l'acide change pendant la charge. Il est ainsi possible de déterminer la charge de la batterie en mesurant la concentration de l'électrolyte (avec un pèse-acide). Le changement de concentration provoque aussi une différence de tension par élément: un élément chargé a une tension au repos de 2.1V. C'est une différence notable avec les batteries nickel-fer dont la tension au repos reste pratiquement constante quel que soit l'état de la charge.
Un pèse-acide permet de mesurer l'état de chaque élément individuel
...pour autant que l'électrolyte soit accessible.
Les électrodes se dégradent à la longue: les électrodes grossissent et se réduisent lors de la charge et la décharge, produisant des déformations. De la poussière de sulfate de fer se détache des électrodes et tombe au fond de l'élément, réduisant la capacité. Pour réduire les contraintes mécaniques sur les électrodes, on recommande de garder la batterie chargée à plus de 80% (cela est surtout valable pour les batteries de démarrage). Malgré tout, la durée de vie d'une batterie au plomb est limitée, même si elle est utilisée correctement.
Même avec une capacité très réduite, la batterie est capable de fournir un courant important. Il n'est donc pas possible de controler l'état de la batterie en vérifiant que le démarrage se fait correctement. Et puis brusquement, quand il fait plus froid et que le démarrage est plus dur, la batterie flanche d'un coup.
Comparé aux autres types de batteries, c'est un type de batterie qui a une faible capacité et une durée de vie limitée, mais la batterie est très bon marché. Au début de l'automobile, on utilisait tout aussi bien des batteries au nickel-fer très résistantes, mais plus chères. Les deux typs de batteries étaient même interchangeables, les batteries fournissant 6V. Le marché a évidemment décidé pour les batteries au plomb moins chères et qui s'usent plus vite.
Procédure de charge avec chargeur professionel
Les batteries au plomb sont d'abord chargées par un courant constant (BOOST), jusqu'à ce que la tension maximale est atteinte (14.4V). Le courant diminue alors automatiquement. La tension maximale est maintenue (EQUALIZE) jusqu'à ce que le courant tombe sous une limite. A ce moment le chargeur passe à une tenstion d'entretien plus basse (FLOAT 13.5V). Régulièrement, le chargeur passe à la tension plus élevée pendant une courte durée.
L'avantage est que la batterie est chargée le plus rapidement possible avec le courant maximal admissible jusqu'à ce que la tension maximale est atteinte. Le chargeur passe ensuite à une charge d'entretien pour éviter que la batterie de produise des gaz. Cette procédure de charge a également comme avantage que les plaques sont moins attaquées par l'acide. En effet, quand la charge est maximale, la concentration de l'acide est également plus élevée. Une batterie maintenue constamment à une tension de 14.0V ou plus s'use prématurément.
Pour maintenir la charge, le chargeur augmente toutes les 24 heures la tension pendant 30 minutes.
On peut déterminer l'état de charge d'un accu plomb-acide en mesurant sa tension. Lors de la décharge, la concentration en acide diminue, et donc également la tension aux bornes de la batterie. Les accus nickel-hydrure de métal ont un électrolyte dont la concentration ne change pas, et donc la tension reste pratiquement constante durant toute la décharge.
La diminution en concentration de l'acide pendant la décharge produit un gonflement des électrodes (l'acide est lié à l'électrode) et donc une usure accélérée des électrodes en cas de charges et décharges répétées.
Réparer les batteries plomb-acide
Il est possible de "réparer" une batterie acide-plomb sulfatée. Il suffit de vider l'acide, de le remplacer par une solution diluée d'acide (1/5 ou moins de la concentration normale d'acide) et de charger la batterie avec un très faible courant. L'acide très dilué va dissoudre le sulfate de plomb, et puis on remplace l'acide dilué par de l'acide à concentration normale.C'est en tout cas ce qui se faisait avec les batteries utilisées pour la traction, où il était plus aisé de remplacer l'électrolyte. Les batteries modernes qui ont une capacité plus élevée ont une concentration d'électrolyte maximale (pour réduire la résistance interne) et cela augmente les risques de sulfatation.
Les systèmes électroniques pour éliminer la sulfatation ne sont pas très efficaces. Ils fonctionnent en envoyant un courant pulsé qui met la batterie constamment en charge et en décharge. Le but est d'éliminer la sulfatation mais la capacité perdue n'est plus jamais récupérée.
Un circuit pour la charge automatique de la batterie auxiliaire du motorhome ou de la caravane se trouve ici. Le but de ce circuit est de charger la batterie auxiliaire sans vider la batterie de démarrage.
Paramètres d'un accu
Les paramètres d'un accu sont son état de charge (plus ou moins chargée), sa capacité et le courant maximal. Aucun de ces paramètres ne peut être mesuré de façon fiable.Pour mesurer l'état de charge d'une batterie acide-plomb, il suffit en théorie de mesurer la tension à vide. La tension diminue en effet quand la charge diminue. La tension dépend de la concentration en acide de l'électrolyte, et quand l'accu est déchargé, la concentration est moindre. Mais quand l'accu a été utilisé récemment, la mesure n'est pas fiable. Pour bien faire, il faut laisser reposer l'accu pendant 4 heures avant de mesurer la tension.
La mesure de la capacité devrait être plus simple: on charge l'accu et puis on le fait débiter un courant de 0.05C (1/20 de la capacité nominale). On mesure la capacité quand la tension passe sous 10.5V pour une batterie de 12V. La procédure est lente et n'est pas recommandée pour les accus au plomb. De plus, des mesures consécutives donnent des résultats variables (c'est un phénomène propre aux accus au plomb-acide). Cette méthode n'est pas très fiable non plus et néfaste pour l'accu.
Le courant maximal que l'accu peut fournir est assez simple à mesurer: on refroidit l'accu à -18° pendan 24 heures et puis on lui fait débiter son courant maximal (CCA ou cold cranking ampères). Il y a différentes normes (les normes américaines sont moins sévères). La batterie doit pouvoir fournir le courant CCA pendant au moins 30 secondes sans que la tension ne chute sous 9.6V.
Il est donc assez difficile de mesurer l'état de santé d'un accu au plomb de façon correcte. L'état de santé de l'accu est déterminé par la capacité et le courant maximal que l'accu peut débiter. Un accu avec une capacité réduite peut encore fournir un courant important, c'est la raison pour laquelles les accus de voiture tombent brusquement en panne. La veille l'accu pouvait encore faire démarrer normalement la voiture, mais aujourd'hui il fait un peu plus froid, le démarrage est un peu plus long et l'accu tombe brusquement en panne. La capacité diminue assez linéairement au fil des années (si utilisation correcte), mais brusquement la capacité est devenue trop faible pour faire démarrer un moteur.
Les mesureurs de l'état de santé dune batterie au plomb utilisent plusieurs méthodes pour déterminer rapidement l'état de l'accu. Il faut indiquer le type d'accu, car chaque type d'accu a des caractéristiques différentes. Certains appareils impriment le résultat, voir à droite.
Alimentations de secours
Les alimentations de secours sont généralement équipées de batteries à électrolyte gélifié. Il peut être tentant de les rempalcer par des batteries de voiture à électrolyte liquide. Une batterie de voiture a une capacité de 40Ah au minimum, tandis que la batterie d'une alimentation de secours fait généralement 7Ah.Cela devrait être une solution idéale: une capacité 6X supérieure, donc un temps de fonctionnement plus long. De plus les batteries de démarrage peuvent fournir un courant très important. Lors de la décharge, l'accu doit pouvoir fournir 50A et c'est beaucoup pour les accus gel.
Mais en pratique cela ne va pas bien fonctionner. Les accus de démarrage ont une concentration d'acide la plus élevée possible. L'alimentation de secours va tenter de maintenir la tension à la batterie à environ 14V. Au bout d'un an, les plaques seront totalement rongées par l'acide. J'ai déjà rencontré deux cas de ce type dans des installations domestique où le propriétaire, croyant bien faire, a remplacés les accus d'origine par des batteries de voiture.
Un chargeur d'accu professionel va maintenir la charge à 13.5V (après un boost jusqu'à 14.4V pour charger l'accu), or le chargeur d'une alimentation de secours n'est généralement pas adapté. Les accus à électrolyte gélifié sont un peu moins sensible à la corrosion par l'acide.
Batteries Plomb-acide
