Le point sur les batteries au lithium

Equipements
Vendredi 3 septembre 2021 à 12h21

A partir du moment où l’on a de l’électronique et de l’équipement de confort, les batteries sont incontournables à bord. A ce jour, la majorité des batteries est à électrolyte liquide et, depuis peu, une nouvelle technologie à base de lithium est apparue.

A partir du moment où l’on a de l’électronique et de l’équipement de confort, les batteries sont incontournables à bord. A ce jour, la majorité des batteries est à électrolyte liquide et, depuis peu, une nouvelle technologie à base de lithium est apparue.

Quelques rappels sur les différentes technologies

La technologie la plus courante est la batterie au plomb. La fabrication fait appel à trois techniques : ouverte avec bouchons et électrolyte liquide, fermée à électrolyte liquide (couvercle soudé mais pas étanche) et la batterie étanche. Là, l’électrolyte est soit contenu dans une substance gélifié (gel), soit absorbé dans un mat de fibre de verre (AGM). Celles à électrolyte liquide avec couvercle soudé restent à ce jour les plus utilisées sur les bateaux. Elles ne sont pas étanches, mais lorsqu’elles se déchargent le gaz qu’elles dégagent, se recombine à l’eau pour refaire de l’électrolyte. La quantité qu’elles contiennent, est prévue pour être suffisante, en utilisation normale, pour la durée de vie de la batterie (5 à 7 ans). Dans cette technologie, du calcium a été ajouté au plomb, dans le but de diminuer le taux d’autodécharge (perte de capacité lorsque la batterie n’est pas utilisée). Sur une batterie au plomb ouverte, elle est de l’ordre de 10% par mois, sur une fermée au calcium, elle est de 1 à 2% ce qui évite, si on a pris la précaution de bien les recharger en fin de saison, de ne pas avoir à les entretenir pendant l’hivernage. Reste les batteries étanches. Ces modèles gel ou AGM ne dégagent aucun gaz donc elles ne nécessitent pas de ventilation et, du fait de leur étanchéité, elles n’ont pas de bac étanche. De plus, elles peuvent être installées n’importe où et dans n’importe quelle position y compris à l’envers. Actuellement, la majorité des constructeurs de bateaux reste fidèle aux batteries fermées à électrolyte liquide ou à celles au gel ou AGM. Ils sont encore réservés sur les modèles au lithium bien que ces dernières soient de plus en plus présentes sur les bateaux de course et de régate.

Plomb et lithium, des technologies comparables

Une batterie au plomb est constituée de grilles de plomb (une positive et une négative) séparées par un isolant, puis plongées dans une solution d’acide (électrolyte). Lorsque la batterie est chargée, il y a équilibre entre les composants chimiques des plaques et l’électrolyte. Si l’on rompt cet équilibre en branchant aux bornes de la batterie un consommateur, l’électrolyte se combine aux plaques et se transforme en eau. La batterie se vide. Pour lui redonner sa capacité, il faut lui réinjecter du courant, par exemple, à l’aide d’un chargeur (alternateur, chargeur, panneaux solaires, etc.). Sur une batterie lithium, la réaction est fondée non plus sur le plomb mais sur le lithium. Lorsque l’on évoque la batterie lithium, il faut bien préciser la technologie retenue pour sa réalisation. Actuellement, nous pouvons citer trois principales technologies : lithium-ion (électrode positive en oxyde de métal tel que le manganèse, électrode négative en graphite et électrolyte sel dissous dans un mélange de carbonate), Lithium-ion polymère (électrolyte polymère gélifié), lithium-fer phosphate (électrode positive composée de graphite, électrode négative phosphate de fer lithié (composé de lithium), électrolyte (polymère gélifié). Les premières batteries étaient des lithium-ion. C’est la combinaison qui offre la plus forte énergie, mais le risque de combustion voire d’explosion n’est pas nul. Pour pallier aux inconvénients du lithium-ion, une variante a été développée le lithium-ion polymère (Li-Po). Si l’énergie développée est légèrement inférieure à la précédente, elle a comme avantages son poids (pas d’enveloppe métallique), sa forme qui peut être variée et la sécurité. C’est celle que l’on retrouve sur les ordinateurs portables, smartphone, etc. Le lithium-fer-phosphate couramment appelé LFP, si elle produit une tension plus faible (3.3 volts), a comme avantages d’avoir une utilisation sécurisée et un prix de revient moins élevé que la Li-Po. Sur une LFP, la cathode est du phosphate de fer (peu cher) qui ne dégage pas d’hydrogène donc pas de risque d’explosion ni d’émission de gaz toxiques. Quant à sa durée de vie, elle est importante. C’est cette technologie (LFP) qui est retenue pour les applications mobiles comme le bateau. Son seul inconvénient est qu’elle doit posséder un système de régulation et de sécurité BMS (Battery Management System) qui est généralement intégré dans la batterie.

Le BMS, un élément indispensable

Les batteries à technologie LFP (Lithium-Fer-Phosphate) retenue dans le domaine du nautisme doivent être impérativement munies d’un système de gestion appelé BMS. Il a pour fonction d’éviter les surtensions et les sous-tensions et d’équilibrer les cellules entre elles. Ce BMS, sur la majorité des marques, est intégré à la batterie.

Pourquoi opter pour le lithium ?

Plusieurs points sont en faveur du lithium parmi lesquels il y a le poids, la capacité disponible et la rapidité de recharge. On estime qu’une batterie lithium est, à capacité égale, au minimum 3 fois moins lourde qu’une batterie standard. Une batterie standard se recharge au maximum entre 15 et 20% de sa capacité. Par exemple une de 100 Ah, se charge au maximum avec un chargeur de 20 ampères. Une au lithium de même capacité accepte 100 ampères voire plus soit un gain de temps de recharge non négligeable. Reste le prix. En ne prenant en compte que ce dernier, il est évident que les batteries traditionnelles ont un net avantage. Par exemple, Ac. Diffusion propose une batterie de Plomb Calcium (Vetus) de 110 Ah (poids 24 kg), à 160 euros, une AGM (Uniteck) de 100 Ah (poids 29,5 kg) à 279 euros et une au lithium EZA de 100 Ah (poids 13 kg) à 1 290 euros. Ce prix doit être ramené :

•    Au nombre de cycles que peut fournir la batterie,

•    A la capacité disponible,

•    Au temps de recharge.

Sur une batterie standard, il est de 250 à 500 cycles, sur une lithium de l’ordre de 10 fois plus. Quant à la capacité réelle disponible avant recharge, sur une batterie standard, pour éviter les décharges profondes qui la détériore, elle est de l’ordre de 50% soit 50 ampères disponibles avant recharge sur un modèle 100 Ah. Sur une au lithium, elle est de 100 ampères. Quant au temps de recharge, il est de l’ordre de 5 à 10 fois moindre.

Doit-on modifier son installation ?

Les batteries lithium suivent la même procédure de câblage que les traditionnelles, en série (+ relié au -), les tensions s’ajoutent, en parallèle (+ au +, - au -), c’est la capacité. Reste le chargeur. La majorité des modèles de dernières générations possèdent un cycle de charge pour le lithium. Les autres moyens (alternateurs, panneaux solaires, éolienne, hydrogénérateur) peuvent également convenir. Sur certains modèles de batteries, un interface Bluetooth permet de visualiser sur un mobile (Android et IOS) toutes les informations relatives à la batterie (température, capacité, charge, tension de chaque élément, intensité entrante et sortante, etc.). Un plus pour bien gérer son installation.

Notre avis

Les batteries au lithium sont amenées à un développement rapide sur les bateaux. Tout d’abord, sur ceux de régate et de course qui font la chasse au poids et sur les bateaux de voyage qui recherchent une capacité maximum de batteries sans pour autant alourdir le bateau. Si ces modèles se montent en lieu et place des anciennes générations, il faut toutefois bien se renseigner avant de faire l’installation. En premier, il faut un chargeur adapté, en second, et dans la mesure du possible, un gestionnaire de batteries pour visualiser la consommation et la production. Cependant, la majorité des batteries, possèdent une application qui donne toutes les informations nécessaires.

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Nathalie Moreau
Nathalie Moreau
Nathalie Moreau est l'atout voyage et évasion de l'équipe, elle est passionnée de croisières et de destinations nautiques. En charge du planning rédactionnel du site figaronautisme.com et des réseaux sociaux, Nathalie suit de très près l'actualité et rédige chaque jour des news et des articles pour nous dépayser et nous faire rêver aux quatre coins du monde. Avide de découvertes, vous la croiserez sur tous les salons nautiques et de voyages en quête de nouveaux sujets.
Gilles Chiorri
Gilles Chiorri
Associant une formation d’officier C1 de la marine marchande et un MBA d’HEC, Gilles Chiorri a sillonné tous les océans lors de nombreuses courses au large ou records, dont une victoire à la Mini Transat, détenteur du Trophée Jules Verne en 2002 à bord d’Orange, et une 2ème place à La Solitaire du Figaro la même année. Il a ensuite contribué à l’organisation de nombreux évènements, comme la Coupe de l’America, les Extreme Sailing Series et des courses océaniques dont la Route du Rhum et la Solitaire du Figaro (directeur de course), la Volvo Ocean Race (team manager). Sa connaissance du monde maritime et son réseau à l’international lui donnent une bonne compréhension du milieu qui nous passionne. Il collabore avec les équipes de METEO CONSULT et Figaro Nautisme depuis plus de 20 ans.
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Sophie Savant-Ros, architecte de formation et co-fondatrice de METEO CONSULT est entre autres, directrice de l'édition des « Bloc Marine » et du site Figaronautisme.com. Sophie est passionnée de photographie, elle ne se déplace jamais sans son appareil photo et privilégie les photos de paysages marins. Elle a publié deux ouvrages consacrés à l'Ile de Porquerolles et photographie les côtes pour enrichir les « Guides Escales » de Figaro Nautisme.
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Depuis toujours, François est passionné de voile en général et de multicoques en particulier. En croisière ou en course, de l’Europe à l’Australie, il ne les délaisse que lorsque le règlement l’exige : Mini-transat, Fastnet, Giraglia… Jamais rassasié de nouveautés, il a assisté à la plupart des salons sur les cinq continents. Depuis 2018 il se consacre entièrement à la rédaction et à l’information, notamment pour Figaro Nautisme.
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Albert Brel, parallèlement à une carrière au CNRS, s'est toujours intéressé à l'équipement nautique. Depuis de nombreuses années, il collabore à des revues nautiques européennes dans lesquelles il écrit des articles techniques et rend compte des comparatifs effectués sur les divers équipements. De plus, il est l'auteur de nombreux ouvrages spécialisés qui vont de la cartographie électronique aux bateaux d'occasion et qui décrivent non seulement l'évolution des technologies, mais proposent aussi des solutions pour les mettre en application à bord des bateaux
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Charlotte est une véritable globe-trotteuse ! Très jeune, elle a vécu aux quatre coins du monde et a pris goût à la découverte du monde et à l'évasion. Tantôt à pied, en kayak, en paddle, à voile ou à moteur, elle aime partir à la découverte de paradis méconnus. Elle collabore avec Figaro Nautisme au fil de l'eau et de ses coups de cœur.
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Naviguant depuis son plus jeune âge que ce soit en croisière, en course, au large, en régate, des deux côtés de l’Atlantique, en Manche comme en Méditerranée, Denis, quittant la radiologie rochelaise en 2017, a effectué avec sa femme à bord de PretAixte leur 42 pieds une circumnavigation par Panama et Cape Town. Il ne lui déplait pas non plus de naviguer dans le temps avec une prédilection pour la marine d’Empire, celle de Trafalgar …
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Après une carrière internationale d’ingénieur, Michel Ulrich navigue maintenant en plaisance sur son Targa 35+ le long de la côte atlantique. Par ailleurs, il ne rate pas une occasion d’embarquer sur des navires de charge, de travail ou de services maritimes. Il nous fait partager des expériences d’expédition maritime hors du commun.
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Eric Mas
Eric Mas est l'un des fondateur de METEO CONSULT – La Chaîne Météo. Éminent spécialiste de météo, Eric est également un marin passionné qui a routé les plus grands skippers sur toutes les eaux du globe : VDH lors du premier Vendée Globe, Philippe Jeantot, Jean Maurel, Michel Desjoyeaux, Francis Joyon, et tant d'autres. Actuellement il participe au projet de Lalou Roucayrol sur son multi 50.