Technique : La batterie automobile

La batterie d’une automobile est sollicitée pendant un court laps de temps : le démarrage. Dès que l’automobiliste tourne la clé, le circuit électrique est fermé. La batterie décharge alors un très grand courant. Ce courant sert à mettre le moteur en marche. Une fois l’automobile démarrée, c’est principalement l’alternateur qui s’occupe de fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement de l’appareillage électrique et aussi de recharger la batterie. La batterie d’automobile doit donc générer un courant très fort pendant une courte période. Ce type de batterie ne doit jamais se décharger à plus de 75% de sa capacité maximale, sans quoi, l'efficacité de la batterie est diminuée de façon permanente. La batterie est rechargée presque instantanément par l’alternateur.

Structure de la batterie

Une batterie normale, capable de fournir une tension de 12 V est formée de 6 éléments montés dans un récipient spécial en ébonite, en terre, ou en plastique : le bac.

Ce récipient ne peut pas être en métal, à cause de l'acidité de la solution électrolytique qui en provoquerait la corrosion. Chaque élément est contenu dans un compartiment imperméable et est isolé par des séparateurs, également inattaquables par l'acide.

Les éléments sont reliés en série à l'aide barrettes en alliage de plomb, qui réunissent, par soudure au plomb, les bornes d'éléments contigus. Le tout est recouvert d'une substance résistant aux acides, qui sépare parfaitement les éléments en les isolant entre eux. Cette substance est formée habituellement d'un mélange de goudron et de matériaux bitumineux, traités de manière à rester à à l'état solide, même aux températures les plus élevées, tout en résistant à la fissuration aux températures les plus basses.

Chaque élément d'une batterie est rempli d'une solution électrolytique à base d'acide sulfurique et d'eau.

Caractéristiques

Les principales caractéristiques utilisées pour définir une batterie sont les suivantes :

- la tension maximale susceptible d'être fournie est égale à 2.2 V multipliés par le nombre d'éléments de la batterie

- la capacité en ampères-heure (Ah), c'est à dire la quantité d'électricité que la batterie peut restituer restituer

- les dimensions maximales

- le poids.

La capacité, exprimée en ampères-heure, représente un moyen théorique d'évaluation du rendement d'une batterie. Elle exprime, en théorie l'intensité maximale du courant qu'une batterie est capable de débiter durant une heure. Une batterie de 80 Ah pourra, par exemple, fournir 80 A durant une heure ou 4 A pendant vingt heures.

La capacité est une valeur théorique. En effet, après une première décharge de forte intensité, la tension fournie par chaque élément diminue et, par conséquent, l'intensité du courant débité baisse. En pratique, on utilise un temps de décharge de vingt heures.

La capacité des batteries utilisées sur les voitures automobiles varie d'un minimum de 32 Ah à un maximum de 80-100 Ah. Signalons ici, que le prix et le poids d'une batterie augmentent avec la capacité.

Le poids spécifique de la solution est un moyen très pratique pour exprimer l'état de charge d'une batterie. Il indique le rapport entre le poids de la solution et le poids d'un égal volume d'eau. On sait que, par contention, le poids spécifique de l'eau distillée est égal à 1.

L'acide sulfurique étant plus lourd que l'eau, plus le pourcentage sera important, plus le poids spécifique de la solution sera élevé. Ainsi, dans une batterie parfaitement chargée, la valeur du poids spécifique est habituellement comprise entre 1,27 et 1,10.

Pour une batterie complètement déchargée, elle descend à 1,15. Pour mesurer le poids spécifique, on utilise un appareil appelé densimètre.

On aspire à l'aide de cet instrument une partie de la solution à l'intérieur d'un tube de verre contenant un flotteur gradué en unités de poids spécifique ou en degrés Baumé, ou plus simplement, selon une échelle colorimétrique.

La graduation du poids spécifique va d'un minimum de 1,10 à un maximum de 1,30. La position du flotteur dépend de la densité de la solution électrolytique. Il convient de noter que le poids spécifique de la solution est aussi fonction de la température. Il diminue lorsque la solution se réchauffe, et inversement.

La solution électrolytique d'une batterie doit toujours être à son niveau normal au moment où l'on effectue la lecture. Ainsi, le niveau doit dépasser de quelques millimètres le bord supérieur des plaques qui constituent les électrodes. Si le niveau est trop bas, la densité est excessive : s'il est trop haut, la densité est, au contraire, inférieure à la valeur nominale.

Entretien de la batterie

La tension circuit ouvert, c'est-à-dire sans courant de décharge, d'un élément contenant une solution d'un poids spécifique de 1,28 est d'environ 2,1 V. Lorsque la batterie débite du courant, l'effet de la résistance interne de chaque élément peut faire descendre la tension jusqu'a 2 V et moins.

Ainsi, lorsqu'on met en rouie le moteur au moment où les phares sont allumés, on observe une diminution de l'intensité de la lumière due à la forte consommation de courant nécessaire au fonctionnement du démarreur.

Il est indispensable, pour un bon entretien de la batterie, de contrôler le plus souvent possible le niveau de la solution électrolytique, surtout après une longue période d'inactivité.

La formation de sulfate de plomb, phénomène normal lorsque la batterie débite du courant, ne doit pas être confondue avec la sulfatation de la batterie.

On dit que la batterie est sulfatée lorsque, par suite d'une décharge prolongée ou d'une longue période d'inactivité, ou par manque d'eau, on voit apparaître du sulfate de plomb sous forme de cristaux de couleur blanche, qui ne s'éliminent pas a la recharge : la batterie est alors inutilisable. Souvent, de tels cristaux se forment également sur les bornes, indiquant que la batterie est en mauvais état.

Au cours du fonctionnement de la batterie, l'acide sulfurique présent dans l'électrolyte ne s'use jamais (sauf renversement accidentel ou cassure du bac, qui est fragile).

En revanche, l'eau de la solution est sujette à évaporation, d'où la nécessité de rétablir le niveau de l'électrolyte en ajoutant périodiquement, tous les 1 500 km ou une fois par mois, de l'eau distillée uniquement (jamais de l'eau de robinet ni de l'acide, ni des prétendues électrolytes spéciaux).

L'eau distillée doit être ajoutée dans une batterie au repos et froide (20°C) jusqu'à recouvrir les séparateurs d'environ 3 mm. Si la batterie est chargée à fond, par exemple après un long parcours, il faut que la hauteur de la solution dépasse de 5 mm le bord supérieur des séparateurs.

Le contrôle peut s'effectuer en utilisant un tube de terre d'un diamètre de 5 à 8 mm, que l'on introduit dans un élément, jusqu'à ce qu'il repose sur les séparateurs. On obture du doigt l'extrémité supérieure du tube, on l'extrait et on vérifie alors la hauteur de la solution au-dessus des séparateurs. Cette opération est répétée pour chacun des éléments.

L'eau distillée doit être contenue dans des récipients en terre ou en matière plastique bien propres. Les entonnoirs et les baguettes qui viennent en contact avec l'eau distillée doivent être de mêmes matières et jamais en métal.

La batterie doit être toujours propre et sèche, surtout à sa partie supérieure. Il faut éviter d'introduire des détritus ou des poussières à l'intérieur des éléments car les impuretés, en accélérant la sulfatation de la batterie, en raccourcissent considérablement la durée d'utilisation. Les bornes et les cosses doivent être nettoyées soigneusement.

Il ne faut jamais taper sur les cosses, car on risque de provoquer des fissures dans le bac. Elles doivent être nettoyées et recouvertes de vaseline pure fluide, jamais de graisse.

Chaque élément est muni d'un bouchon à vis ou à pression, à travers lequel il est possible de contrôler le niveau de la solution électrolytique. Ce bouchon est muni généralement d'un petit trou qui permet la sortie des gaz résultant de différentes réactions chimiques. Si ce trou est bouché par des détritus, les gaz n'ont plus possibilité de sortir et créent, à l'intérieur de l'élément, une pression qui peut s'avérer nuisible. Il contient donc de vérifier qu'il est bien libre chaque fois qu'on inspecte la batterie.

Avant de mettre la batterie en charge, il est conseillé d'enlever complètement ce bouchon de couvrir l'ouverture avec un petit chiffon car le phénomène d'ébullition- qui se produit vers fin du processus de charge, impose la présence d'une ouverture suffisante pour permettre la sortie des gaz qui se dégagent en quantité importante.

La recharge de la batterie

Une batterie se décharge même en restant inactive. Ce graphique montre la courbe de la perte de capacité par décharge spontanée en fonction du temps. Normalement, la recharge des batteries montées sur les véhicules automobiles s'effectue automatiquement, grâce à la présence d'un dispositif spécial qui peut être une dynamo (dans les anciennes) ou un alternateur (pour les modèles plus récents).

Au cours du fonctionnement normal du moteur, une transmission mécanique appropriée (courroie) fait tourner le générateur qui débite un courant dont l'intensité est fonction du régime de rotation.

Lorsque la vitesse de rotation est faible, la tension produite par le générateur est inférieure à la tension nominale de la batterie. Dans ces conditions, un relais spécial conjoncteur-disjoncteur empêche que la tension produite soit appliquée aux bornes de la batterie, car le générateur absorberait du courant de la batterie au lieu de lui en fournir. Mais, lorsque le régime de rotation du moteur atteint environ 800-1000 tr/ mn, la tension produite par le générateur atteint et dépasse la valeur minimale.

Les contacts du relais se ferment alors et la tension est appliquée directe ment aux bornes de la batterie qui, ainsi, se recharge. Si on utilise une voiture, surtout dans la journée au moment où l'éclairage n'est pas nécessaire, la consommation est très réduite, car elle se limite au circuit d'allumage (environ 5 A et à certains éléments tels que les indicateurs de direction, les feux « stop » et, éventuellement, les essuie-glaces ou l'avertisseur sonore).

De nuit, par contre, les feux de croisement et les feux de route sollicitent considérablement la batterie.

Si l'on additionne la puissance en watts absorbée par les différents appareils d'utilisation et que l'on divise la valeur ainsi obtenue par la tension fournie par la batterie, il est possible de connaître, avec une bonne approximation, l'intensité du courant débité par la batterie.

Ensuite, une fois la capacité connue, ou mieux l'état de charge, on peut établir la durée (ou autonomie) de la batterie en l'absence de recharge.

Lorsque le générateur ne débite pas un courant d'intensité suffisante pour compenser une vraie consolidation, la batterie se décharge malgré la recharge partielle permanente. A cet égard, précisons qu'il n'est pas nécessaire que la batterie soit rechargée chaque fois que le poids spécifique de la solution diminue de quelques points, car si la batterie était surchargée, il y aurait une production excessive de gaz susceptible de provoquer l'usure prématurée de la matière active des plaques.

Chaque batterie doit être chargée en respectant les indications fournies par le fabricant : à défaut, il faut utiliser un courant de charge ne dépassant pas quelques ampères, en général 1 à 5 A, car plus le processus de recharge est long, plus il est efficace et la recharge durable. En outre, il faut rappeler qu'en aucun cas le courant de charge ne doit être trop intense pour provoquer une ébullition violente avec dégagement de gaz, et que la température de la solution ne doit jamais dépasser 52 °C.

Pendant la charge, il est utile de contrôler fréquemment le poids spécifique de la solution électrolytique. En pratique, bien qu'il ne soit pas possible d'établir avec une rigoureuse exactitude à quel moment la charge peut être jugée complète, on interrompra généralement le courant lorsque la solution électrolytique semble bouillir avec une certaine intensité.

Rappelons que l'hydrogène est un gaz fortement combustible et que, combiné à l'oxygène, il peut constituer un mélange explosif très dangereux. Il faut donc éviter d'approcher une cigarette allumée d'une batterie en charge ou de provoquer des étincelles électriques à proximité immédiate : en effet, dans un cas comme dans l'autre, on pourrait provoquer l'explosion du mélange, avec les conséquences désastreuses qu'on imagine...