Comment et pourquoi une batterie de voiture électrique peut prendre feu ?

BATTERIE ET RECHARGE (VE)

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C'est un sujet qui semble inquiéter de plus en plus avec la multiplication des faits divers impliquant des incendies liés à des batteries défectueuses. En effet, et on peut le voir avec différents objets comme les téléphones et les trottinettes électriques, les batteries lithium-ion peuvent prendre feu et brûler avec une très grande intensité. L'énergie importante qu'elle contient peut se convertir en énergie thermique (combustion) dans certaines conditions que nous allons voir ici.
Nous verrons enfin si il a lieu d'avoir peur de ce phénomène lors de l'acquisition d'une voiture électrique, avec un questionnement sur la sécurité des voitures conçues sur des marchés moins matures et surveillés comme c'est le cas de la Chine (rendez-vous en bas de page).

Quelles sont les chimies les plus exposées à un incendie ?

Toutes les chimies de batteries ne sont pas exposées aux même risques en raison de leur caractéristiques électro-chimiques. Les batteries LiCoO2 sont plus susceptibles de générer de la chaleur et des gaz potentiellement inflammables lorsqu'elles sont soumises à des conditions anormales, ce qui augmente le risque d'auto-combustion. Les batteries Li-ion à base de phosphate de fer et de lithium (LiFePO4 = LFP) sont généralement considérées comme moins sensibles à l'auto-combustion en raison de leur stabilité thermique accrue. Elles sont souvent préférées dans les applications où la sécurité est une priorité, comme les batteries de stockage d'énergie résidentielle et les batteries de véhicules électriques (ce qui nous concerne donc directement). Hélas, les NMC (qui sont très répandues) ne sont pas particulièrement sécurisantes sur cet aspect, et les risques d'incendie après un choc (et surtout un perçage des cellules) sont importants.

A lire : Pourquoi les voitures d'entrée de gamme utilisent avant tout une batterie LFP ?

La combustion d'une batterie au lithium peut être provoquée par plusieurs raisons techniques

Court-circuit

Le court-circuit est l'un des principaux leviers qui permet de faire des étincelles avec une batterie !
Il peut se produire à l'intérieur de la batterie lorsque des particules métalliques ou des dépôts de lithium (dendrites) créent un pont conducteur entre les électrodes positives et négatives. Cela entraîne un courant intense et une libération rapide de chaleur, pouvant conduire à l'incendie.

Surcharge

Une surcharge de la batterie, c'est-à-dire lorsque la tension appliquée dépasse les limites recommandées, peut entraîner des réactions chimiques instables et générer une quantité excessive de chaleur. Cela peut conduire à une défaillance thermique et, éventuellement, à un incendie.

Voici les raisons qui expliquent ce phénomène :

Formation de dendrites : quand la batterie est surchargée, des dépôts de lithium métallique peuvent se former sur la surface des électrodes. Ces dépôts, appelés dendrites, peuvent percer la séparation entre les couches positives et négatives de la batterie, provoquant un court-circuit interne.
Réactions chimiques instables : la surcharge entraîne une augmentation de la température qui peut accélérer les réactions chimiques internes, augmentant ainsi la production de chaleur. Les réactions chimiques peuvent alors devenir instables et conduire à des réactions exothermiques (qui dégagent de la chaleur). Si la température continue d'augmenter, elle peut dépasser le point d'inflammation des matériaux présents à l'intérieur de la batterie, conduisant à un incendie.
Formation de poches de gaz : lorsque la batterie est surchargée, elle peut générer des gaz tels que l'oxygène et l'hydrogène en raison de la décomposition des électrolytes. Ces gaz peuvent provoquer une augmentation de la pression à l'intérieur de la batterie, ce qui peut entraîner une fuite, une rupture de la coque de la batterie ou un dégagement de gaz inflammables, augmentant ainsi le risque d'incendie.

Surchauffe

Une batterie au lithium peut surchauffer en raison de la dégradation de ses matériaux internes, de l'utilisation à des températures élevées ou d'une charge et décharge rapides et fréquentes comme on vient de le voir. La surchauffe peut encore une fois déclencher des réactions chimiques incontrôlables, pouvant provoquer potentiellement un incendie.

Courts-circuits externes

Des courts-circuits peuvent également se produire en dehors de la batterie, par exemple, en endommageant le câblage ou les connecteurs. Ces courts-circuits externes peuvent entraîner un flux de courant excessif à travers la batterie, conduisant à la surchauffe et à l'incendie. Notez qu'ici ce n'est pas forcément la batterie qui va prendre feu.

Contamination / pureté de la chimie

Des impuretés ou des particules étrangères à l'intérieur de la batterie peuvent causer des réactions chimiques indésirables et déclencher une combustion. La qualité de la chimie interne est donc primordiale pour juguler ce risque ...

Défauts de fabrication ou de conception

Des défauts dans la fabrication ou la conception de la batterie peuvent entraîner des problèmes structurels ou des anomalies dans les matériaux utilisés, augmentant ainsi le risque d'incendie par le biais d'un court circuit principalement.

Endommagement physique

Un impact, une perforation ou une déformation de la batterie peuvent entraîner des courts-circuits internes ou externes, déclenchant une décharge incontrôlée de l'énergie stockée et provoquant un incendie.

Faut-il avoir peur ?

Avec des voitures qui stationnent souvent dans le garage de la maison, il est légitime de se poser la question du risque ...

Pour éviter les incidents, les fabricants intègrent des systèmes de gestion de batterie (BMS) qui surveillent et régulent la charge de la batterie pour maintenir des conditions de fonctionnement sûres. Le BMS dispose de tout un tas d'informations (comme le voltage des packs ou encore la température interne) qui lui permettent d'éviter de mettre dans une situation périlleuse les cellules de la batterie. Dès qu'une valeur critique est atteinte (et même bien en amont), il agit en conséquence. Car il faut rappeler qu'il a la main sur le courant qui entre et qui sort de la batterie. Il évitera donc toute surcharge et coupera la tension (il réduira en amont encore une fois, car il ne peut se permettre de couper le moteur en roulant pour des raisons de sécurité) si la chaleur est trop importante (le système de refroidissement actif sera lui aussi sollicité).

Les batteries au lithium sont sûres lorsqu'elles sont utilisées correctement et conformément aux spécifications du fabricant (fabricant qui doit être réputé [+ normes ISO 12405, 12405-2 etc.] et contrôlé par des instances externes pour être considéré comme sûr), il faut donc que le BMS travaille de la bonne manière avec les accumulateurs chimiques utilisés pour ne pas dépasser certaines valeurs critiques indiquées par le fournisseur. Cependant, des défauts de fabrication ou des conditions environnementales exceptionnelles peuvent entraîner des incidents de combustion. Le risque zéro n'existe pas et les faits l'ont démontré. Toutefois, les incendies liés aux voitures électriques sont extrêmement rares (à tel point qu'il m'est difficile d'illustrer l'article ...) et il semblerait même que les thermiques aient plus souvent affaire à ce problème ...

Voitures chinoises plus exposées aux incendies ?

Les autos provenant de marchés moins rigoureux sur la qualité des produits doivent être surveillés de plus près. Toutefois, la Chine étant un des leaders en la matière, il semblerait que le risque ne soit pas avéré. De nombreux fabricants de batteries, qu'ils soient basés en Chine ou ailleurs, ont adopté des normes de qualité élevées et des procédures de sécurité pour garantir la fiabilité de leurs produits, surtout avec l'explosion du nombre de ventes en Chine.

Dans tous les cas, lors de l'achat d'une voiture électrique d'une marque moins connue, il est essentiel de se renseigner sur les équipementiers et fournisseurs liés aux batteries et BMS. Ca peut paraître inquiétant au premier abord mais ça permettra au contraire de vous rassurer (ou pas selon vos trouvailles) ...

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