Les sujets en apparence simple cachent souvent une certaine complexité, ou du moins peuvent être la porte d’entrée vers un univers beaucoup moins simple. C’est par exemple le cas des piles, accumulateurs et batteries ainsi que des chargeurs. Tout le monde sait globalement ce que c’est mais lorsqu’on se retrouve au rayon du supermarché du coin on ne sait généralement pas trop quoi choisir. Réalisons donc un petit topo sur le sujet afin de l’éclaircir et de prendre conscience de l’énorme domaine qu’il cache.
Vocabulaire #
Comme vous le savez sans doute déjà, par définition une pile est irréversible et ne peut donc pas être rechargée. Une pile est donc forcément jetable, il est inutile de préciser « pile jetable ». Si ça peut se recharger, on parle alors d’accumulateur (accu) ou de batterie. Ceci dit, dans la vie de tout les jours j’utilise quand même l’expression « pile rechargeable » comme tout le monde afin de parler d’un accumulateur, bien que je sache très bien que cette expression est une hérésie. Mais dans cet article, vu que je m’adresse à un public sérieux (oui, vous), je vais utiliser les termes à bon escient.
Alors, accumulateur et batterie, quelle différence ? Pour moi c’est identique et donc interchangeable. Cependant, j’ai pris l’habitude d’utiliser « accumulateur » pour désigner les éléments uniques qui ont une forme identique ou proche des piles grand public (AA, AAA, 9V, 18650, …) et « batterie » pour tout le reste (assemblage de plusieurs 18650, cellules prismatiques, …) Libre à vous d’utiliser ces termes différemment, c’est tout à fait correct.
Les formats #
Normalement vous connaissez déjà les formats grand public les plus courants tels que les formats bâton AA (LR6) et AAA (LR09) ainsi que les formats bouton comme la CR2032. Il en existe beaucoup d’autres mais le principe est le même, ne perdons donc pas de temps à vouloir les énumérer. Le principe est simple, ces piles et accumulateurs à destination du grand public ont des dimensions standardisées ainsi que des caractéristiques de décharge également standardisées. Ainsi, il est possible d’interchanger les piles et accumulateurs à volonté, par exemple pour remplacer les piles d’une marque par les piles ou accumulateurs d’une autre marque. Si ceci vous semble tout à fait normal, notez bien qu’il s’agit d’un privilège de consommateur qui a été introduit afin d’éviter les problèmes.
Notons qu’il existe tout de même des piles et accumulateurs qui, bien que respectant les dimensions des formats grands public, ont des caractéristiques de décharges très différentes. Il est ainsi possible de trouver des piles AA de 3,6 V alors que normalement c’est du 1,5 V ou 1,2 V. Heureusement, ces éléments inhabituels ne sont normalement pas vendus dans les commerces grand public, il faut aller dans des boutiques spécialisées pour les trouver. Il y a donc tout de même une certaine limite à l’interopérabilité dont j’ai parlé, mais les méthodes de commercialisation font qu’il y a peu de risque d’erreur pour le grand public. Je me devais cependant de vous le préciser car après avoir lu cet article vous aurez sans doute très envie d’aller acheter des piles et/ou des accus dans un magasin spécialisé susceptible de vendre ce genre de produits.
S’agissant des formats plutôt réservés aux professionnels, la seule chose de standard sont les dimensions, et encore. On retrouve ainsi surtout les formats bâton 18650 et 21700, mais il en existe énormément d’autres. Lorsque je dis que seules les dimensions sont standard, ça signifie qu’il n’est pas possible d’interchanger deux modèles différents d’un même format sans avoir préalablement analysé les caractéristiques techniques détaillées que les fabricants ont publié dans le datasheet de chaque modèle concerné. Si vous veniez à garder vos réflexes habituels de consommateur et ainsi changer un accu par un autre sans vous poser plus de questions car « si ça rentre alors c’est bon », vous risquez de détériorer votre appareil ou bien de déclencher un incendie. De plus, pour un meme type d’accu certaines dimensions peuvent largement varier. Par exemple les 18650 classiques font généralement ±65mm de haut alors que les 18650 avec circuit de protection font généralement ±69mm de haut. 4mm d’écart c’est très significatif, suffisamment pour que ce ne soit physiquement pas interchangeable alors que ça reste des 18650.
Notons que, comme tous les objets physiques, les dimensions standard incluent une marge de tolérance et qu’en conséquent les fabricants produisent des piles et accus aux dimensions légèrement différentes. Dans le cas des piles et accus, les objets électroniques sont dimensionnés pour les accueillir et les maintenir correctement en place quelle que soit leur variation dans la marge de tolérance, d’où la présence ressorts. Pour l’anecdote, dans le secteur public j’ai déjà eu le cas d’un équipement militaire très spécifique qui ne prenait pas en compte ces variation et était conçu pour un modèle particulier de pile. Le jour où ce modèle a cessé d’être produit, le service achats s’est donc tourné vers un modèle de pile théoriquement équivalent qui s’est malheureusement avéré trop gros et ne rentrait pas ou mal dans l’équipement. Ce n’est vraiment pas drôle à gérer car non seulement le service achat refuse de comprendre que son modèle équivalent ne convient pas (« mais si mon lieutenant, j’ai vérifié, le modèle trucmuche peut tout à fait être utilisé à la place du modèle bidule, c’est compatible »), mais en plus vous avez toujours un subordonné qui va forcer comme un bourrin pour quand même rentrer la pile et qu’il sera donc extrêmement difficile de l’extraire par la suite, surtout qu’en l’occurrence il s’agissait d’une pile au lithium qu’il ne fallait donc la percer sous aucun prétexte.
Les technologies #
Il existe énormément de technologies basées sur des processus chimiques différents. Je vais donc encore une fois ne citer que les principaux car c’est un article de blog et pas un livre de 300 pages.
Commençons par présenter la technologie alcaline. Elle est très utilisée dans les piles bâton grand public, c’est donc très certainement ce que vous avez dans vos piles AA et AAA. Le gros problème avec cette technologie c’est qu’il peut parfois arriver, bien que ce soit relativement rare, que les piles présentent des fuites. Lorsqu’une telle fuite se déclenche, le principal risque est la forte détérioration du matériel dans lequel la pile est insérée. C’est ainsi qu’il y a quelques années j’ai perdu une petite lampe torche Maglite, détruite par ses piles alcalines. J’en garde encore un souvenir amer.
Passons ensuite à la technologie NiMH que l’on retrouve le plus souvent dans les accus grand public de différentes formes. Rien de spécial à signaler ici à part insister sur le fait que l’on parle bien ici d’accumulateurs, donc d’éléments rechargeables, et non pas de piles comme c’était le cas avec la technologie alcaline.
Maintenant que l’on a passé les cas les plus simples en revue, attaquons nous aux technologies lithium pour les piles et lithium-ion pour les accus que, par simplicité, nous allons regrouper en un seul bloc. C’est ce que l’on va retrouver très majoritairement dans les piles bouton ainsi que dans les piles et accumulateurs professionnels. Il peut arriver de trouver des piles AA ou AAA au lithium, généralement elles sont destinées aux appareils particulièrement demandeurs de puissance et c’est souvent dans ces variantes là que l’on peut trouver les piles qui ont une tension plus forte que la normale dont j’ai parlé précédemment. Comme vous l’aurez deviné, le lithium est particulièrement performant, mais malheureusement non seulement il est relativement rare à l’état naturel, mais en plus son extraction est très polluante et il prend très facilement feu suite à un emballement thermique. C’est pour ça qu’il ne faut jamais percer de piles ou batteries au lithium. Au besoin, regardez quelques vidéos de gens qui le font afin de voir ce que ça donne.
S’il est vrai que les piles bouton sont généralement au lithium, il y a cependant des exceptions, notamment dans certains domaines de niche. Ainsi, les piles de montre utilisent généralement la technologie oxyde d’argent et les piles d’appareil auditifs utilisent généralement la technologie zinc-air.
Bien que nous ayons fait le tour des principales technologies actuellement utilisées, je tiens cependant à en citer une dernière qui, bien que très peu répandue, suscite un très grand intérêt pour l’avenir : la technologie sodium-ion. Son but est de concurrencer voir remplacer la technologie lithium-ion des accumulateurs et on la retrouve donc en toute logique dans les accus 18650 et autres formats destinés aux professionnels. À la vue des défauts du lithium que nous avons évoqués, vous avez certainement deviné deux des trois raisons de son développement : réduire la pollution et obtenir des accus moins dangereux. Ceci est fait par l’utilisation de produits abondants et non dangereux, ce qui n’est pas simple à trouver lorsqu’il faut conserver certaines performances. La troisième raison est politique.
En effet, compte tenu de ses conditions d’extraction, le lithium est principalement extrait dans un petit nombre de pays. Les besoins en batteries ayant explosés ces dernières années et continuant à augmenter, il devient stratégique pour les pays de garantir une production qui ne dépende pas d’un petit nombre d’acteurs étrangers. En Europe nous avons pu constater ce que cela donne avec la dépendance au gaz provenant de Russie. Afin de réduire sa dépendance, la France joue sur plusieurs tableaux avec, d’un côté, la réouverture de mines de lithium car cette technologie ne peut pas encore être totalement remplacée et, de l’autre côté, le développement d’alternatives avec la technologie sodium-ion. Ce dernier point du projet est principalement porté par la société Tiamat qui, maintenant qu’elle sait produire des batteries sodium-ion performantes, est en train de planifier la construction d’une giga-usine à Boves près d’Amiens.
Et ça ne s’arrête pas là car, malgré leur capacité encore malheureusement réduite, les accus sodium-ion ont également la particularité de pouvoir se charger très rapidement. La durée de vie est également significativement augmentée. Bref, beaucoup d’avantages, il n’y a que les domaines d’utilisation où une grande capacité dans un espace réduit est primordiale que le sodium-ion est mauvais. Et si tout ce que je raconte vous semble trop beau pour être vrai et que je vis dans le rêve d’une technologie future qui n’arrivera sans doute jamais, sachez que Tiamat produit déjà ces accus et, depuis 2023, commercialise un tournevis sans fil à batterie sodium-ion chez Leroy Merlin. La technologie est prête, ce qui manque ce sont les capacités de production ainsi que l’intégration dans de nouveaux produits.
Les caractéristiques principales #
Les piles et accus sont caractérisés par un assez grand nombre de valeurs, mais ici nous ne parlerons que des deux principales.
La première valeur qui nous intéresse est la tension, exprimée en volts. Dans un monde idéal, une pile ou un accu aurait une tension fixe donnée et, une fois déchargé, la tension serait nulle. Dans le monde réel où l’électricité est produite par une réaction chimique, c’est bien entendu faux. Si les emballages de piles et d’accus indiquent tout de même une tension, dans la réalité cette dernière va baisser au fur et à mesure que la capacité baisse. Bien que cette évolution change en fonction des technologies utilisées, une pile ou un accu a généralement un profil en « S couché » : tout d’abord une grande chute, puis un palier descendant et enfin une nouvelle forte chute.
On peut donc facilement savoir si une pile ou un accu est chargé ou non en mesurant sa tension à l’aide d’un multimètre. Les piles AA et AAA ont une tension de base de 1,5 V alors que les accus AA et AAA ont une tension de base de 1,2 V. Les piles et accus AA et AAA sont considérés comme déchargés à partir du moment où la tension atteint environ 1 V.
La seconde valeur, que j’ai déjà évoquée, est la capacité exprimée en ampère-heure. Il s’agit de la quantité d’énergie que la pile ou la batterie est capable de restituer, et à ce titre c’est donc la caractéristique qui nous intéresse le plus. Dans un monde parfait, une pile ou un accu a une certaine capacité et la restitue sans broncher. Mais vous commencer à connaître le couplet, en vrai ça varie suivant beaucoup de paramètres que nous évoquerons à la fin dans la partie consacrée à la durée de vie des accumulateurs.
Pour l’instant ce qui nous intéresse est de savoir qu’il n’existe pas vraiment de protocole de mesure de la capacité qui soit universel et standard. Chaque fabricant a son propre protocole, ce qui conduit à des résultats légèrement différents. À moins de réaliser le test soi-même avec un protocole unique, la comparaison de la capacité entre deux piles ou accus relève donc plus d’un ordre de grandeur que d’autre chose.
Piles ou accumulateurs ? #
Avant d’acheter quoi que ce soit, vous devez décider de si vous allez acheter des piles ou des accumulateurs. Cette question n’est pas simple. Comme nous l’avons vu, non seulement les piles alcalines ont tendance à fuir, ce qui endommage l’équipement, mais en plus elles produisent pas mal de déchets ce qui n’est pas une bonne idée pour la préservation de l’environnement. Face à ça, les accumulateurs n’ont pas ce problème de fuite et les recharger permet d’éviter un grand nombre de déchets, ce qui est bien plus éco-friendly. À première vue il n’y a pas photo, les accumulateurs n’ont que des avantages, nous devrions les acheter et arrêter avec les piles.
Sauf qu’en pratique la situation est bien plus nuancée. Déjà, le coût d’achat des accumulateurs est élevé. Bien que de nos jours de plus en plus d’appareils intègrent des batteries internes non-interchangeables, nous utilisons toujours pas mal d’appareil requérants des piles ou accumulateurs. À première vue je pensais ne pas en avoir beaucoup, mais en faisant l’inventaire de tout ce qui fonctionnait avec des piles ou accus chez moi, j’ai finalement été surpris du nombre d’appareils. Cela s’explique bien souvent par le fait que les appareils neufs sont fournis avec des piles et que ces dernières durent très longtemps, nous faisant oublier leur existence.
C’est cette longévité de certains équipements à piles qui remet en question la pertinence des accus. En effet, si un appareil dure plusieurs années avec un jeu de piles, au cours de la durée de vie de l’équipement nous n’allons que peu changer les dites piles, peut-être 2 ou 3 fois. Utiliser des accumulateurs à la place des piles perd donc une grande partie de son intérêt environnemental et n’est économiquement pas rentable. Et en plus de cette perte d’intérêt, il faut parler des désavantages de l’utilisation des accus.
De plus, lorsque vos accus sont déchargés, il vous faut prendre le temps de les recharger avant d’utiliser à nouveau l’équipement, ce qui peut être désagréable. Face à ça, vous pensez peut-être qu’avoir un petit nombre d’accus de rechange permet de toujours en avoir des chargés prêts à l’emploi. C’est vrai, cependant ce n’est pas forcément une bonne idée.
En effet, j’insiste sur le fait qu’au sein d’un équipement il faut mettre des piles ou accumulateur le plus identique possible. Il ne faut donc mélanger ni les marques ni même les gammes de produits au sein d’une marque. Si pour les piles c’est assez simple à faire, pour les accumulateurs en revanche il y a une difficulté supplémentaire car ces derniers vont, au fil de leur vie, perdre en capacité et donc se différencier les uns des autres. Si la première cause de perte de capacité va être la manière dont ils sont utilisés au sein d’un équipement (voir en fin d’article pour les causes possibles), les subtiles différences production, même au sein d’un même lot, font que les accumulateurs utilisés dans un même équipement peuvent évoluer de manière légèrement différente.
Au fil du temps vous allez donc vous retrouver avec des accumulateurs en apparence identique mais qui auront en réalité des capacités différentes et qu’il est donc préférable de ne pas mélanger. Heureusement pour nous, les chargeurs d’accus de bonne qualité proposent généralement un mode de mesure de la capacité nous permettant de comparer plusieurs accus entre eux.
Au final, je recommande d’utiliser des accumulateurs dans les équipements remplissant au moins une des conditions suivantes :
- forte consommation de puissance faisant que les piles ne tiennent pas plus de 6 mois en usage normal (lampe torche, affichage numérique constant, …) ;
- équipement onéreux ou critique dont la destruction par une fuite de pile alcaline serait très dommageable (matériel médical, …) ;
- peut rester stocker 1 an sans utilisation.
Pour tous les autres équipements dont les piles tiennent donc plusieurs années ne nécessitent pas d’accus et peuvent donc rester avec des piles.
Quelles marques et modèles faut-il acheter ? #
On trouve des piles alcalines à des pris extrêmement différents et vous souhaitez certainement savoir si ça vaut le coup de payer plus cher ou non pour de la « qualité ». Pour ça, il faut regarder la capacité de chaque pile et rapporter cette valeur à son prix afin de voir ce qui est le plus rentable. Sauf que bien entendu, les fabricants n’indiquent pas cette capacité et que, comme nous l’avons vu, même s’ils le faisaient il n’existe pas de protocole standardisé et donc les valeurs ne seraient pas comparables entre elles. Il faudrait donc que quelqu’un se dévoue pour tester un nombre colossal de piles avec un protocole standardisé et analyse les données. Et ça tombe bien car nous sommes sur internet et que donc forcément quelqu’un l’a fait. Je vous laisse donc admirer ces petits bijoux que sont les vidéos de « Bricolage c’est cool » sur les piles AA et les piles bouton.
Même tarif concernant les accumulateurs, à la différence que cette fois il est moins grave d’avoir une capacité plus faible car le but est de les recharger. Encore une fois, voici le test comparatif des accumulateurs AA. Notez cependant que j’ai enfourché mon vélo afin de me rendre dans 5 magasins Lidl différents et que je n’ai trouvé quasiment aucun accumulateur, il n’y avait malheureusement que des piles. Parfois il y avait bien quelques accumulateurs « color edition » de format AA restant dans un bac promo, mais jamais la gamme d’accu standard. C’est dommage car je cherchais des AAA. Des employés du magasin m’ont conseillé de commander sur internet, et avec les frais de livraison ce n’était au final plus si rentable que ça. Au final, sur un autre site j’ai acheté deux lots de Varta en promo.
Si vous pensiez échapper aux accus professionnels au prétexte que vous êtes particulier et que vous n’en avez donc pas l’usage, permettez moi de vous suggérer de reconsidérer votre position. En effet, beaucoup de lampes torches professionnelles utilisent de tels accumulateurs. Et oui, une lampe torche de très bonne qualité vaut vraiment le coup, les trucs médiocre de grande surface c’est vraiment pas fou. C’est ainsi que j’ai découvert la célèbre marque Fenix qui est spécialisée dans le domaine. En tant que cycliste, je suis l’heureux possesseur d’une lampe de vélo BC21R V3.0 qui utilise des accumulateurs 18650.
Les accus de Fenix étant très spécifiques, il est vraiment préférable d’acheter les accus officiels. Cependant, pour tous vos autres projets ne dépendant pas d’une marque précise, je vous recommande les sites NKON et Akkuteile. En revanche, évitez à tout prix les sites où se trouvent des vendeurs peu scrupuleux, surtout celui dont le nom est inspiré d’un célèbre conte des Mille et Une Nuits : les arnaques sur les accus y sont très fréquentes.
Afin de recharger nos accumulateurs, il nous faut un chargeur. Pour ça, j’ai des exigences assez strictes. En plus d’une bonne qualité globale, il faut que le chargeur :
- soit capable de recharger une large gamme d’accus (au minimum AA, AAA et 18650 ainsi qu’optionnellement les 20700 et 21700) ;
- adapte le mode de charge sur chaque voie afin de pouvoir charger différents types d’accus simultanément ;
- affiche des informations claires et précises sur la charge et l’état des accus ;
- soit alimenté par USB type C afin de pouvoir s’intégrer dans un environnement moderne ;
- dispose d’un mode d’évaluation de la capacité.
Le monde des chargeurs évoluant relativement lentement, très peu de chargeurs cochent tous ces critères. C’est ainsi que j’ai sélectionné deux chargeurs, le XTAR VC4SL (disponible sur NKON, que j’ai acheté) et le XTAR VC2SL (également disponible sur NKON). Contrairement à ce que le nom suggère, la différence entre les deux n’est pas uniquement dans le nombre de voies de charge. Le modèle à 4 voies offre bien plus de fonctionnalités de charge que son homologue à 2 voies. En revanche, le modèle à 2 voies offre la possibilité de se transformer en power bank, ce qui est très intéressant lorsqu’on y met 2 accus 21700 ou 18650. Notons également que deux autres chargeurs, le LiitoKala Lii-CH4 et le LiitoKala Lii-CH2, répondent également à l’ensemble de mes critères. La marque LiitoKala est plutôt réputée et je pense pouvoir les recommander sans les avoir personnellement testés. Si je ne les ai pas achetés c’est uniquement à cause du manque de disponibilité chez mon revendeur préféré.
Au delà de ces modèles, je tiens à donner une mention honorable aux chargeurs Nitecore Digicharger D4 et Fenix ARE-A4. Ce sont de bons produits, mais comme vous l’aurez compris à ma série d’articles sur l’USB, le support de l’USB de type C est vraiment important pour moi.
Comment optimiser la vie de ses accus et batteries ? #
À leur fabrication, vos batteries neuves ont une certaine capacité, c’est à dire la quantité d’énergie qu’elle est capable de restituer. Tout au long de la durée de vie de la batterie, certains facteurs vont venir réduire cette capacité, c’est à dire qu’une fois pleinement chargée votre batterie restituera une quantité d’énergie moindre et vous devrez donc la recharger plus souvent.
Le premier facteur qui vient à l’esprit est le fait de charger une batterie à plus de 80% de sa capacité où de la laisser se décharger à moins de 20%. Si la batterie à été correctement conçue, elle intègre un battery management system (BMS) qui est un composant électronique gérant notamment les charges et décharges. Certains BMS peuvent intégrer une protection contre les charges et décharges excessives, ce qui fait qu’il n’est plus utile de se soucier de conserver sa batterie entre 20% et 80%, l’électronique le fait pour nous. Le problème est que la présence de ce type de BMS n’est généralement pas indiquée sur les notices d’utilisation et qu’il n’est donc pas possible de savoir si l’on doit ou non se soucier de ces niveaux limites.
Le second facteur est la charge et la décharge rapide. Et oui, charger rapidement une batterie lui fait perdre un peu de capacité, donc si vous avez le temps, préférez la charge lente. C’est pareil pour la décharge, un équipement qui « tire » fort sur une batterie usera cette dernière plus rapidement qu’un équipement qui aura une consommation plus faible.
Enfin, il y a tout simplement l’usure liée au temps. Une batterie stockée plusieurs années, même dans de bonnes conditions, perdra un peu de capacité. Ceci dit, c’est généralement assez faible comme perte et de toute manière nous ne pouvons pas arrêter le temps qui passe. Personnellement j’utilise encore des accus NiMH AAA achetés il y a environ 15 à 20 ans que j’ai montré plus haut.
En conclusion, conservez vos batteries entre 20% et 80% et rechargez les lentement. Pour les smartphones, vous disposez normalement d’options de gestion de la charge qui peuvent vous aider. Un bon réflexe est de mettre son téléphone à charger chaque nuit en le programmant de manière à atteindre 80% à l’heure du réveil. Vous comprendrez également qu’il est utile d’avoir un bon chargeur de d’accus sur lequel il est possible d’ajuster l’intensité de charge.