Lundi 20 Septembre 2004

Piles et accumulateurs, éléments clés de notre société

par Jean-Marie Tarascon et Dominique Larcher

Laboratoire de Réactivité et Chimie des Solides - CNRS
Université de Picardie

 


(Musée des Arts et Métiers)

La possibilité de stocker et de transporter l’énergie électrique sous forme chimique a profondément modelé notre société et a sans conteste été un élément indispensable à de multiples avancées scientifiques et technologiques de ces deux derniers siècles. En effet, dès l’invention de la pile par Volta (1801), celle-ci fut par exemple immédiatement utilisée pour pratiquer l’électrolyse et ainsi isoler de nouveaux éléments chimiques tels que le potassium, le sodium ou le magnésium (Davy, 1807 et 1808). Depuis, les exemples d’applications de ces « piles » (systèmes irréversibles donc non rechargeables) ou de ces « batteries » (systèmes réversibles et donc rechargeables) sont innombrables et couvrent tous les domaines d‘activité de l’homme : télécommunications, médecine, militaire, conquête spatiale, transports, électronique portable ….




Pile à colonne de Volta
Les technologies et les réactions chimiques mises en jeu dans ces piles/batteries sont très diverses et chacune de ces technologies présente des caractéristiques lui permettant d’être adaptable ou adaptée à une utilisation spécifique. Ainsi, la puissance des batteries au plomb les rend parfaitement adaptées au démarrage des moteurs à explosion, alors que leur poids est un handicap certain pour une application spatiale. De même, à capacités égales, le volume sera un facteur essentiel dans le choix d’une technologie pour téléphone portable, alors que c’est plutôt le poids qui sera le critère guidant le choix pour alimenter une voiture tout électrique. Les autres critères de sélection peuvent être la stabilité thermique, la stabilité à très long terme, le coût, la recyclabilité et la toxicité des composants, le potentiel délivré ….
Ainsi, chaque technologie a ses avantages et ses inconvénients, mais chaque technologie répond à un besoin défini. Pour ne donner que quelques exemples des plus courantes de ces technologies, citons : les piles salines et alcalines à base de MnO2, les piles au lithium, les batteries Nickel/Cadmium, Nickel/Hydrogène et Nickel/Métal hydrure, les batteries Li - ion, les batteries acide/Plomb, les piles Zn/air …. . Au regard des multiples applications concernées et de l’impact économique que représente le marché des batteries rechargeables (25 milliards d’euros et 420 millions d’unités pour 2004), on comprend aisément pourquoi les recherches menées dans ce domaine sont si actives et inventives.


Divers types de cellules électrochimiques (plastique, bouton et swagelokTM)
Outre toutes ces applications, le stockage chimique de l’électricité occupe une position tout à fait essentielle dans un contexte beaucoup plus global et à beaucoup plus long terme. En effet, la plupart de nos besoins énergétiques actuels sont assurés par des énergies dites « fossiles », non renouvelables, et dont l’utilisation peu parcimonieuse est à l’origine de diverses problèmes environnementaux et de santé publique. Pour pallier ce problème, le développement et l’amélioration de l’utilisation diversifiée des sources d’énergies renouvelables constituent la solution idéale et la plus sûre. Cependant, cette évolution n’a de sens que si elle s’accompagne d’une capacité à stocker/transporter l’énergie électrique ainsi produite de la manière la plus efficace possible. Outre la technologie des piles à combustibles qui se situe intrinsèquement à la frontière entre stockage et production électrique, les accumulateurs électrochimiques du futur devront être en mesure de répondre efficacement à cette demande.

Programme 2004