Accumulateur électrique

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Un accumulateur électrique est basé sur une technique de conversion réversible d'énergie, destinée à stocker l'énergie électrique dans une énergie différente afin de pouvoir la réutiliser ultérieurement. Tous les processus de conversion d'énergie sont complexes. Le rapport entre l'énergie initiale et l'énergie restituée donne le rendement de conversion-accumulation ; ces rendements sont parfois faibles, il faut donc souvent beaucoup d'énergie initiale pour récupérer moins d'énergie finale. Les meilleurs accumulateurs ont un rendement qui atteint très difficilement la barre des 80 % ; ceux peu nombreux qui atteignent cette valeur ne sont pas transportables, alors que c'est le domaine majeur où l'usage de l'accumulation est le plus pertinent.

On distingue :

Principe des accumulateurs électrochimiques en cours de charge

Généralités

La Jamais contente, électrique, première automobile capable d'atteindre les 100 km/h.

L'énergie électrique peut donc se stocker de différentes manières :

  • Sous forme d'énergie électrostatique, en accumulant des charges électriques dans un ou plusieurs condensateurs. L'apparition, vers 1995, de condensateurs dont la capacité peut atteindre quelques centaines de farads permet de réaliser des substituts aux batteries d'accumulateurs classiques. Les avantages sont une diminution du poids et un fonctionnement possible par très grand froid (véhicules polaires). Avec un inconvénient de taille : le prix au kWh stocké est nettement plus élevé.
  • Sous forme d'énergie électromagnétique, en établissant un courant électrique dans un circuit bobiné autour d'un circuit magnétique, de telle sorte que l'énergie nécessaire pour mettre en mouvement les charges électriques puisse être restituée par induction. La durée de stockage de l'énergie reste faible même avec les meilleurs métaux conducteurs que sont l'argent et le cuivre en raison des pertes par effet Joule dans le circuit ; un stockage de longue durée nécessite ainsi l'utilisation de matériaux supraconducteurs. Les dispositifs ainsi réalisés sont connus sous le nom de SMES : Superconducting Magnet Energy Storage.
  • Sous forme électrochimique, qui présente la caractéristique intéressante de fournir une tension (différence de potentiel) à ses bornes peu dépendante de sa charge (quantité d'énergie stockée) ou du courant débité. On utilise la propriété qu'ont certains couples chimiques d'accumuler une certaine quantité d'électricité en modifiant leur structure moléculaire et ceci de manière réversible.
    • Différents types de couples chimiques sont utilisés pour la réalisation d'accumulateurs électriques.

Compte tenu des limites des techniques de stockage direct de l'électricité, le mot « accumulateur » désigne principalement le dispositif électrochimique mais depuis déjà très longtemps on utilise les trois autres formes d'accumulation pour les durées très courtes inférieures à la seconde (bobine, condensateur, principalement utilisés en conversion et redressement du courant alternatif). Depuis peu on voit apparaître des nouveautés techniques jusqu'alors impensables, ainsi que l'annonce d'usages nouveau de ces technologies. Par exemple, il n'existait pas de véritables perceuses à accu efficaces avant les années 1980. Désormais ces nouveaux appareils autonomes portables possèdent une densité d'énergie toujours plus forte. Dans le domaine des super-condensateurs, les applications se développent et entrent maintenant en concurrence avec les technologies classiques dans la course à la densité d'énergie, pour certains domaines d'application, et avec des temps de charge et décharge très courts.

Quelques exemples récents de développements des usages et des technologies

  • Voitures : Exemple emblématique, la société Tesla s'adresse aux plus fortunés (elle fait parler d'elle en annonçant étendre son segment commercial). Elle développe des technologies avant-gardistes dans le domaine de l'automobile.
  • Vélos et micros-véhicules assistés : l'usage des vélos à assistance électrique se développe.
  • Transport en commun : Les super-condensateurs sont particulièrement intéressants pour les autobus qui font des arrêts fréquents. Ils peuvent être équipés de gros super-condensateurs récupérant à la fois l'énergie du freinage, mais aussi effectuant des recharges très brutales, à très forte puissance, en très peu de temps, à chaque arrêt du parcours prévu, par un système de recharge spécial. En mars 2013, la RATP a commandé 15 autobus hybrides diesel-supercondensateur permettant d'économiser jusqu'à 30 % de carburant[1].
  • Aérien : Depuis peu beaucoup d'aéromodélistes utilisent des accumulateurs électriques pour la propulsion principale.
  • Outils : La société Bosch a par exemple commercialisé une tondeuse professionnelle à gazon électrique-accumulateur en 2015 à la largeur standard, 43 cm, très adaptée aux coupes d'entretien régulier.
  • Énergie : des sociétés spécialisées annoncent être en train de créer des moyens fixes compacts de conversion réversible d'énergie électrique de grande contenance (ERDF, Siemens, Toshiba, etc.).
    • Tesla a fait l'annonce de la commercialisation aux États-Unis de la batterie privée PowerWall de 7 à 10 KWh pour 3 000 dès 2015[2].
    • Une technique très ancienne de barrages hydrauliques chargés d'accumuler de l'énergie hydraulique potentielle de pesanteur appelée technique de pompage-turbinage (déplacement en hauteur d'une quantité d'eau). C'est cette technique de conversion-accumulation d'énergie qui a les meilleurs rendements avec environ 80 % (rendement d'un aménagement hydroélectrique), mais cette technique ne permet pas de construire des accumulateurs transportables.
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