On parle de couple électrochimique pour définir l’association des deux métaux qui permettent cet échange d’électrons.
Ces deux métaux, appelés électrodes, constituent les pôles de la pile.
Lorsqu’on branche la pile sur un appareil consommateur d’électricité, la solution conductrice (l’électrolyte) agit sur l'électrode négative (l'anode) qui cède des électrons. L'électrode positive (la cathode) capte les électrons.
Quelle est la différence entre pile, accumulateur et batterie ?
Une « pile » est un élément non rechargeable.
On utilisera le terme « accumulateur » ou « batterie » pour désigner un élément électrochimique capable de se « recombiner » sous le passage d’un courant de charge.
Accumulateur et batterie auront toujours besoin d’un chargeur pour fonctionner.
Le fonctionnement d'une pile
Le courant électrique consiste en la circulation de ces électrons.
À la borne négative, les atomes de zinc (Zn) sont transformés en ions zinc (Zn 2+), ce qui libère 2 électrons pour chaque atome.
À la borne positive, le bâton de graphite consomme des électrons. Cette libération et cette consommation d’électrons ont lieu simultanément, ce qui se traduit par un courant d’électrons par le circuit extérieur, passant par l’ampoule et permettant de l’éclairer.
Une pile dite « primaire » n’est pas rechargeable.
La réaction chimique n’est pas réversible. Une fois que l’énergie a été utilisée et la pile déchargée, il faut la rapporter dans un point de collecte afin qu’elle soit recyclée (lieu de vente, supermarché, ou déchetterie…).
Une pile dite « secondaire » est rechargeable.
Cette propriété n’est possible qu’avec certains couples électrochimiques : nickel cadmium, lithium ion… la réaction est réversible. Une pile rechargeable est plus communément appelée accumulateur ou batterie.
Les formats des piles et petites batteries
Piles cylindriques
Cette pile est la plus courante dans le commerce.
Les piles cylindriques les plus utilisées sont en vente en sept formats dans le commerce.
Piles boutons
Ces piles ont la forme d’un bouton, d’où leur nom, elles sont rondes et plates, souvent d’un diamètre supérieur à leur hauteur.
Elles sont surtout utilisées pour des appareils qui ont besoin d’une source d’énergie de petite taille, légère et performante.
Format parallélépipède
Ce format regroupe toutes les formes qui ne sont ni cylindriques ni bouton. Il en existe une infinité de taille. Il est utilisé soit lorsqu’il n’y a pas de problème de place (piles pour clôture électrique) ou pour des appareils dont la batterie est fournie et n’est pas standardisée (téléphones portables, ordinateurs).
NB : les formats permettent à l’anode et à la cathode d’être en contact parfait avec l’appareil pour qu’il fonctionne. Il faut savoir que pour un même format, on peut trouver à peu près tous les couples électrochimiques. Par exemple pour une pile de format AAA (celle des télécommandes), il est possible d’acheter une pile alcaline, une pile saline, une pile lithium mais aussi en rechargeable nickel-métal hydrure ou lithium-ion.
La nomenclature internationale des piles
Sur les piles ou leurs emballages, on distingue des lettres et des chiffres : AAA, LR6, AA, C, D, 9V… Selon le code auquel se réfèrent ces indications, on obtient des renseignements sur la composition et/ou la forme de la pile :
- Le code ANSI (American National Standard Institute) fait référence aux dimensions des piles. Il s’agit des codes AAA, AA, C, D, E…
- Le code IEC (International Electrotechnical Commission) décrit la composition et la dimension des piles :
Par exemple : 3 LR 12- 1er chiffre : Nombre d’éléments composant la pileIci, il y en a 3. S’il n’y a pas de chiffres, il y a un seul élément.
- 1ère lettre : Système chimique Ici, L signifie « pile alcaline » Si pas de lettre : pile saline M = oxyde de mercure S = oxyde d’argent F = pile au lithium P = pile zinc-air H = batteries Ni MH K = batteries NiCd
- 2ème lettre : Forme des éléments composant la pile Ici, R signifie cylindrique S = parallélépipédique F = plate
- 2ème chiffre : Dimensions codées de la pile Ici, 12 correspond à 12 mm de diamètre. Le “L” est repris sur les piles alcalines.
La composition des piles et batteries (ou couples électrochimiques)
Les piles primaires (non rechargeables)
- Les piles salines : Fabriquées depuis plus de 140 ans, elles sont constituées d’une anode de zinc et d’une cathode de bioxyde de manganèse. Elles sont peu coûteuses mais ont une performance limitée.
- Les piles alcalines : Elles utilisent le même couple que les piles salines, mais en diffèrent principalement par l’électrolyte alcalin et l’architecture interne. Leur performance est élevée en régime de décharge rapide, et pour l’utilisation prolongée de toutes les applications courantes.
- Les piles au lithium : Le lithium donne à ces piles des tensions élevées. De plus, sa légèreté leur confère des densités énergétiques remarquables. Ces piles possèdent une très bonne durée de conservation (plus de 10 ans) et fonctionnent à des températures extrêmes. Elles sont utilisées pour alimenter les consoles de jeux, les GPS, les appareils photos…
Rappelons tout de même que les piles et batteries lithium peuvent présenter, dans certaines conditions, des risques de départ de feu. La meilleure prévention reste de les collecter en mélange avec les autres piles et batteries.
Pour plus de détails, téléchargez les recommandations complètes de la filière.
Les batteries (ou accumulateurs)
- Les batteries Nickel-Cadmium (NiCd) : Cette technologie est interdite de mises sur le marché depuis 2017. Ces accumulateurs avaient d’un coût modique et d’une grande fiabilité et présentaient une grande tolérance aux décharges et aux charges rapides. En outre, leur aptitude à fournir des courants importants est un point fort pour des applications portatives. Leur principale difficulté d’utilisation résidait dans « l’effet mémoire » qui réduisait leur capacité à l’usage et bien sur la présence de Cadmium qui est la cause de leur interdiction.
- Les batteries Nickel-Métal Hydrure (NiMH) : Le nickel métal-hydrure possède plus ou moins les mêmes propriétés que le nickel-cadmium, avec lequel il partage la plupart de ses constituants, sauf évidemment l’alliage hydrure qui constitue la matière active de l’anode. Il se distingue par une excellente énergie volumique (jusqu’à 140 Wh/L) et la possibilité d’éléments de grande capacité sans maintenance. Il a aussi l’avantage de ne pas avoir d’effet mémoire. Les éléments étanches sont utilisés dans toutes applications professionnelles ou industrielles, sédentaires ou nomades. Les éléments ouverts (niveau d’électrolyte ajustable) sont utilisés dans des applications de traction et de secours dans les transports en commun (tramway, train) et véhicules industriels, dans le secours stationnaire ainsi que dans les applications photovoltaïques.
- Les batteries Lithium-ion (Li-ion) ou Lithium-Polymère (Li-Po) : Parmi ses propriétés remarquables : la durée de vie (plus de 20 ans à température ambiante), la faible autodécharge (moins de 5 % par an), le fonctionnement entre -30 et + 60 °C, et la possibilité de connaître l’état de charge grâce à la mesure de la tension. Actuellement utilisées dans l’informatique (PC portables), la téléphonie ou l’outillage portatif, d’importants travaux de recherches sont motivés par l’utilisation de ce type de batterie pour l’alimentation des véhicules à assistance électrique (2 roues) ou motorisation électrique (2 et 4 roues).
Comment bien choisir ses piles et batteries ?
Chaque appareil est optimisé pour un type de pile ou de batterie. Respecter les indications du fabricant permet de préserver votre appareil !
Les batteries rechargeables subissent une autodécharge après quelques semaines, alors que les piles primaires ont une durée de conservation de plusieurs années. Les piles rechargeables ne sont donc pas adaptées à l’usage des appareils consommant peu d’énergie ou de façon intermittente comme les horloges, réveils, thermostats, lampe de poche, commande à distance…
Le meilleur usage des batteries se fait dans les appareils pour lesquels elles ont été conçues (GSM, outillage sans fil…) ou pour une utilisation intensive, comme dans les appareils photos, jouets télécommandés…
La performance d’une pile ou d’une batterie est fortement liée au type d’appareil et aux conditions d’utilisation. Le tableau suivant peut vous aider à sélectionner le type de piles ou batterie adapté.
Comment bien utiliser ses piles et batteries ?
En respectant ces consignes ci-après, vous augmentez la durée de vie de vos piles et batteries et vous utilisez au mieux vos appareils électriques. Lisez, respectez et conservez toujours les consignes d’utilisation fournies avec l’appareil !
Astuce
Si possible testez les piles à l’aide d’un testeur (ampèremètre) pour les utiliser dans un appareil moins consommateur d’énergie avant de les recycler
PILES À “USAGE UNIQUE”
- Ne pas les mettre à recharger - risque incendie
- Changez toutes les piles en même temps et utilisez des piles de la même marque et technologie
- Retirez les piles des appareils peu utilisés (jouets) pour éviter qu’elles coulent et abiment l’appareil
- Stockez les piles au sec et à température ambiante
BATTERIES ET PILES RECHARGEABLES
- Utilisez toujours le chargeur du fabriquant ou d’un type similaire en faisant attention à l’intensité de charge nécessaire.
- Il existe aussi des “smart chargeurs” qui évitent les surcharges en coupant l’alimentation lorsque la batterie est pleine.
- Faites attention à la polarité lors de la charge
- Rechargez régulièrement ses batteries pour conserver leur efficacité
- Nettoyez les contacteurs