Batteries lithium (LiFePO4) ou plomb sur une motocyclette

Dans ce blog, je parle beaucoup d’El Hierro et de sa centrale hydro-éolienne (11 mW en crête fournis par l’hydraulique et de 11 en crête par le parc des moulins à vent), sans oublier sa centrale thermique (toujours environ 11 mW au fioul).
Toutefois, rien ne m’empêche de développer son moyen de transport et, ici, ma motocyclette à l’alcool (bioéthanol soit une EnR nationale plus 15% d’essence sans plomb) de seulement 106 ch  (chevaux-vapeur) au vilebrequin. Pour rester dans la même unité que précédemment  le watt (W), ma moto fait, après conversion, 78  kW à 10 500 tours  (tours/minutes) mais je ne dépasse guère la moitié de cette puissance en usage normal.
Cette motocyclette avait été déjà allégée avec l’usage de fibre de carbone, l’une des voies pour gagner du poids et donc faire baisser la consommation en carburant du parc automobile selon l’écologiste Amory B. Lowins (en anglais), le père du concept négaWatt. Lowins développe, depuis des décennies, des scénarios d’efficacité énergétique avec, au centre de sa pensée et de son action, l’émission par les activités humaines de moins de CO2. Ainsi, l’idée d’utiliser massivement la fibre de carbone a été industrialisée pour développer la nouvelle BMW électrique afin de compenser le surpoids du grand nombre d’accumulateurs nécessaires. La BMW i3 utilise largement la fibre de carbone pour sa carrosserie dans l’usine de Dresde construite ad hoc pour un modèle qui casse volontairement son image de marque, en étant orienté vers un public plus féminin.
Dans cet article, l’idée est de gagner ensuite sur le poids de la batterie
avec des accus ou accumulateurs de type LiFePO4  pour Lithium, Fer et Phosphate, proches mais pas forcément identiques de ceux utilisés par les ordinateurs et téléphones portables qui sont de type lithium-ion. La firme américaine Tesla est la plus avancée dans le développement de ce dernier type batteries – des lithium-ion – pour une large autonomie de ses automobiles 100% électriques et la nouvelle batterie domestique Powerwall. Nous serons bien plus modestes en parlant de la petite batterie LiFePO4 qui s’ajoute aux véhicules à moteur à explosion pour leur démarrage et leur gestion électronique.
Ce n’est pas cher vraiment les batteries lithium par rapport à la fibre de carbone, quant au gain de poids sur un véhicule motorisé, et éliminer le duo plomb-acide est aussi un gros avantage pour combattre la pollution. Fabriquer du plomb est extrêmement polluant. Regardez une image du site de La Oroya au Pérou, où une grande usine de plomb est installée depuis près d’un siècle  (le premier centre métallurgique important de la Cerro de Pasco Copper Corporation date ici de 1922), est édifiant. Il en va de même si on consulte (en espagnol) une page relative à la santé des enfants de la ville du même nom bâtie dans les Andes.
Le plomb a été banni dans l’essence depuis le début de l’an 2000 en Europe. Une remarque : c’est parce qu’il endommageait irrémédiablement les pots catalytiques que le plomb dans les carburants a été interdit et non pour des raisons écologiques ou de santé publique.
La  présence d’acide sulfurique en grande quantité dans les batteries au plomb les rend aussi dangereuses car ce dernier est un poison violent pour l’homme et une bonne part de la vie sans compter que, sauf pour les batteries au gel dites AGM (Absorbed Glass Matt), cet acide est présent de façon liquide, facilitant ses fuites. Le mélange plomb-acide est aussi potentiellement explosif en cas de mauvaise manipulation de type surcharge (ce qui arrive rarement). Enfin, une remarque : il n’est pas innocent que la plupart des batteries soient fabriquées quasiment toutes au Sud, pour une grande partie en Chine.
La batterie lithium (LiFePO4)  évite bien des écueils environnementaux et elle présente un gain de poids impressionnant par rapport à celle au plomb. L’allégement est une voie, parmi les plus simples, pour consommer moins d’énergie dans les moyens de transport. Voici les différences entre les deux types de batteries  :
– 12 Ah plomb-acide liquide + chargeur moto (connectique comprise) : 4 680 g + 1 960 g = 6 540 g ;
– 20 Ah lithium + chargeur type téléphone portable 2Ah (connectique comprise) : 1 120 + 930 g = 2 050 g soit un gain de  4 490 g ou presque 4,5 kg.
Ce sont les deux ensembles photographiés et mis à la Une dans cet article. L’ensemble lithium pèse largement 3 fois moins que celui au plomb mais finalement j’ai choisi une autre marque sur ma motocyclette. La batterie au lithium peut s’installer dans n’importe position car elle ne contient pas de liquide corrosif. Il y a aussi un gain de taille et une photographie est plus parlante qu’un long discours.

A gauche, une batterie au plomb de 14 Ah type gel AGM. Au milieu, une batterie au lithium correspondant à 14 Ah. A droite, une batterie au plomb de 12 Ah classique à l'acide liquide. Cliché : A. Gioda, IRD.
A gauche, une batterie au plomb de 14 Ah type AGM. Au milieu, une batterie au lithium correspondant à 14 Ah. C’est bien une batterie LiFePO4 et non pas Li-ion, comme marqué dessus, car la compagnie préfère utiliser ses anciens boîtiers plutôt que les jeter. A droite, une batterie au plomb de 12 Ah classique à acide liquide. Cliché : A. Gioda, IRD.

Le gain de place permet d’embarquer le chargeur qui est très rapide (quelques minutes pour 90% de la charge) par rapport aux batteries au plomb qui sont à  charge lente de l’ordre de 10 heures pour un travail optimal. Toutefois, ces dernières  peuvent être « réveillées » immédiatement par un mini-booster… au lithium mais aussi au plomb mais, dans ce dernier cas, il est intransportable sur une motocyclette. Un gain de tension se note immédiatement : de 13,2 V pour le plomb, moteur coupé et feux éteints, on passe à 13,5 V au lithium.
Les problèmes avec les batteries lithium sur les véhicules à moteur à explosion sont de différents types :
– il faut se pencher sur la faculté de démarrer avec des températures sous 10°C. Cela passe par le contrôle de la valeur de CCA (Cold Cranking Amperes) soit la faculté de démarrer à froid par – 18° C (0° F). Le CCA indique plus exactement la capacité de décharge (en ampères) qu’une batterie peut soutenir pendant 30 secondes sans que la tension descende au-dessous de 1,2 volts par cellule (soit 7,2 V  total pour une batterie de 12,6 V) à une température de –18° C (0° F). Un CCA élevé  fait la différence entre une batterie de qualité et une autre. Il faut toujours que cette valeur du CCA soit fournie par le constructeur spontanément :  elle doit être affichée comme égale ou supérieure à 200 A pour les batteries au plomb et autour de 300 A pour celles au lithium, dans le cas de moteurs comprimés de forte cylindrée unitaire. Les batteries au lithium redoutent encore plus le froid que celles au plomb ;
– le coût des accumulateurs lithium reste élevé. Toutefois, il est en chute libre ces dernières années et on peut trouver entre 80-100 euros en solde des batteries équivalentes à 14 Ah soit à peu près la fourchette de très bonnes batteries au plomb. Le prix pour une batterie plomb au gel type AGM est égal à supérieur à 80 euros. Il atteint 120 euros pour celles ayant une valeur de CCA de 240 A. Néanmoins, il reste un surcoût car il vaut mieux acheter, en plus, un chargeur spécifique pour batterie lithium afin d’éloigner tout risque (faible) d’explosion ou de raccourcissement de sa durée de vie (très longue avec une garantie souvent de 3 années).  Comptez entre 50 et 70 euros pour un tel chargeur mais il faut intégrer dans le calcul que la garantie des batteries au plomb ne court pas au-delà de 1 an. Enfin, il est facile d’embarquer le chargeur lithium (à charge très rapide) sur sa motocyclette en utilisant l’espace gagné par l’usage de cette batterie.
J’ai essayé de simplifier les avantages et les inconvénients des différents types de batteries, d’après mon expérience, mais il serait possible d’être plus exhaustif. Enfin, je ne voudrais pas vous quitter sans avoir salué la mémoire du génial Ampère dont nous avons abondamment utilisé l’unité qui lui est dédiée et dont le musée lié à son œuvre est proche de Lyon.

Portrait d'André-Marie Ampère (1825) par Ambroise Tardieu — The Dibner collection at the Smithsonian Institution (USA).
Portrait d’André-Marie Ampère (1825) par Ambroise Tardieu — The Dibner collection au Smithsonian Institution (Washington, USA).

 

P.S. : je précise mon absence de lien commercial avec les fabricants de batteries et les constructeurs suivants : BMW, Motobatt, Skyrich, Solise, Tesla et Yuasa.

2 réflexions sur “ Batteries lithium (LiFePO4) ou plomb sur une motocyclette ”

  1. et comment les tensions s’équilibrent lorsque l’on remplace une batterie plomb par une lipo ?
    Cela me paraît dangereux, le problème de batteries lipo, c est qu’elles n’aiment pas les surcharges et explosent.
    C’est de l’acide sulfurique dans les batteries au plomb.

    1. Dans cet article, je ne présente que des batteries de type LiFePO4 ou encore lithium-fer-phosphate qui sont d’une génération postérieure à celles dites Li-ion puis Li-Po (Lithium-ion polymère) dont vous parlez. Oui, ces dernières pouvaient exploser ou s’enflammer en cas de mauvais usage. Wikipedia donne les différentes familles d’accumulateurs au lithium.
      Dans la plupart des nouvelles batteries au lithium, il y a incorporé un dispositif d’équilibrage entre les accumulateurs et, avec un chargeur spécifique, cela évite tout problème de surcharge y compris en cas d’oubli de débrancher ce chargeur. Si une batterie au lithium met quelques minutes à se charger à 90%, il faut plusieurs heures pour arriver à 100%. Une chose que j’ai vérifiée d’où l’intérêt d’un appareil spécifique à charge fine puis qui « shunte » sous 15V. Actuellement, une marque de batteries lithium-fer-phosphate est distribuée par un importateur, bien connu dans le milieu de la motocyclette depuis plusieurs décennies, et je ne pense pas qu’il risquerait la vie de son entreprise pour des explosions indues de batterie.
      Enfin, un grand merci car j’ai vite corrigé au sujet de la présence d’acide sulfurique dans les batteries au plomb (au lieu de l’acide chlorhydrique dans la première version).
      Vous pourriez m’écrire à mon adresse personnelle qui se trouve dans la rubrique « Qui suis-je ? », tout à la fin, car je ne souhaite pas dans ce blog faire de la publicité à une marque ou à une autre.

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