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25 mars 2017 6 25 /03 /mars /2017 19:08

Les risques de la voiture électrique.

25 Mars 2017

Le  réservoir de carburant de 70 L d'une voiture à essence emmagasine une quantité d'énergie considérable, couramment 700 KWh, Et l'essence est un produit volatil évidemment inflammable.
Le risque auquel on pense est évidemment l'accident suivi d'un incendie avec des victimes bloquées à l’intérieur.
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Qu’en est-il en fait ?
Les données suivantes sont extraites des statistiques des services d'incendies et de secours concernant l'année 2012 ( SDIS 13 BD), du Ministère de l'Intérieur.
Elles rapportent le nombre des victimes secourues:
Dans un incendie d'habitation:    14 176, dont 280 morts et 1 054 blessés.
Dans un incendie de véhicule:       2 415, dont 29 morts et 83 blessés.
Le risques de périr dans un incendie, ou d'y être blessé, est donc 12 fois plus élevé chez soi que dans sa voiture.
Plusieurs dizaines de milliers de voitures brûlent chaque année, spontanément ou en y étant un peu « aidées ». Dans la très grande majorité des cas il n’y a personne à l’intérieur.
Le risque peut donc être considéré comme très faible, en regard des 35 Millions de véhicules du parc, et des 420 Milliards de Kms parcourus chaque année.
Les incendies de voiture spontanés ou criminels entraînent très peu de victimes, éventuellement collatérales.
Pour les incendies de voitures ayant entraîné des victimes, il s'agit essentiellement des suites d'accidents de la route.
Ces incendies sont souvent le résultat d’un court-circuit électrique, malgré la faible valeur de la tension de batterie (14 V).

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L'arrivée des voitures électriques  justifie une nouvelle analyse des risques.
L'absence d'un réservoir d'essence pourrait faire penser à l'absence de risque d'incendie.
C'est oublier un peu vite les dangers de l'électricité, et de la batterie elle-même.
Dans un VE, ce ne sont pas seulement 14 Volt qui sont présents, mais 400 V, et bientôt 800 V avec les batteries de forte capacité.
Quant au courant "disponible", il peut atteindre en surcharge plusieurs centaines d'Ampères, et beaucoup plus en court-circuit.
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Cet objet exotique qu’est une batterie Lithium-ion représente donc un risque important d’électrisation des personnes en cas de défectuosité de la batterie elle-même, du câblage de la voiture, de l’isolation du moteur, de l’intégrité des gaines d’isolation et/ou du bac contenant la batterie.
Un autre risque d’électrisation est lié aux interventions des personnels de dépannage, de remorquage, ou d’intervention sur accident si ces personnels n’ont pas reçu la formation indispensable pour ce type de véhicules.
Un risque d’électrisation plus général est lié à la présence d’humidité, voire de projections d’eau, ou même de chute dans un fossé inondé.
N’oublions pas que l’eau est conductrice de l’électricité, d’autant plus qu’elle est sale et polluée.
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En plus de ce risque sérieux si toutes les précautions ne sont pas prises, il existe le risque lié à la batterie elle-même.
Au cours d'un accident, il peut se produire un court-circuit qui sera l'évènement déclencheur d'un incendie.
Au cours de l'incendie, la combustion des matériaux de l'habitacle peut dégager des gaz toxiques entraînant l'intoxication des personnes.
Cet incendie peut atteindre la zone de la batterie, et entraîner sa destruction (explosion) avec émission de produits toxiques.
D'autre part, les déformations de l'habitacle peuvent être à l'origine de l'électrocution de personnes.
En dehors de tout accident, un incendie peut être déclenché par la batterie elle-même , sous l'effet d'une surcharge due à un court-circuit interne. Cet incendie entraîne alors le dégagement de substances toxiques, voire même une explosion, avec les dégâts que l'on imagine pour l'entourage.
Sans même invoquer une catastrophe extérieure, la batterie peut se trouver en condition de surchauffe ou de court-circuit interne du fait d’un usage inapproprié comme de mauvaises conditions de recharge, ou de courant de charge excessif, de dégradations dues au vieillissement, ou d’une défaillance du BMS (Battery Management System).
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Ces risques doivent donc être pris en compte afin d'établir des règles de sécurité à destination des usagers, des personnels de secours et d'intervention en cas d'incendie, et de remorquage ou interventions mécaniques.
On n'approche pas une voiture électrique sans prendre des précautions particulières que doivent connaître les personnes susceptibles de s'en occuper.
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Les batteries Lithium-ion des voitures sont constituées d’assemblages de cellules élémentaires dont la tension nominale est 3,7 V à 20°C.
Le compromis courant-tension optimal pour fournir une puissance de l’ordre de 60 à 80 KW au moteur électrique du véhicule a conduit la profession à choisir une tension de 400 V pour la batterie.
Pour obtenir cette valeur il faut donc placer en série environ 108 cellules élémentaires de 3,7 V.
Mais dans ce cas, si l’une des cellules est défaillante, c’est l’ensemble de la batterie qui devient inopérante.
Pour éviter cet inconvénient, on utilise non pas une seule série de 108 cellules, mais une dizaine que l’on place en parallèle.
De cette façon, si l’une des piles est HS, elle peut être déconnectée et la batterie reste opérationnelle, avec 10% de perte de capacité.
On a alors dans cet exemple 1 080 cellules élémentaires !
Mais on peut en avoir beaucoup plus.
Par exemple, Tesla a utilisé (Utilise peut-être encore) comme cellule élémentaire un petit composant Panasonic (NCR 18650 B) de 3,3 Ah, soit 12 Wh.
Il a donc fallu en utiliser 7 083 pour arriver à une capacité totale de 85 KWh !
En général on essaie de s’en tenir à 2 ou 3 000 cellules environ.
Chaque cellule élémentaire possède un taux de défaillance prévisionnel dans les conditions d’emploi correspondant au cahier des charges automobile.
Le taux prévisionnel de l’ensemble des cellules est multiplié par le nombre de cellules.
Plus il y en a, et plus le taux de défaillance augmente.
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Les cellules élémentaires sont très sensibles à la température.
Leurs performances sont optimales dans une plage de 30 à 40°C.
Au-delà elles subissent un vieillissement accéléré, et à partir de 80- 90°C on entre dans une zone de risque d’emballement thermique, qui se produit à coup sûr à 120-130 °C.
C’est cet emballement thermique qui conduit aux incendies dont on a parlé dans la presse.
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En fonctionnement charge ou décharge, la température du pack de cellules augmente en fonction du courant, à cause de la résistance interne et des réactions chimiques qui dégagent de la chaleur.
Pour éviter une élévation excessive de la température, il faut donc refroidir la batterie.
Le système de refroidissement est un élément clé de la sécurité de l’ensemble. Le fluide utilisé peut être de l’air, de l’eau ou un autre liquide, ou un matériau à changement de phase.
L’objectif est de maintenir la température moyenne dans la fourchette de 20 à 60 °C, et surtout d’éviter les défauts d’homogénéité du refroidissement, les écarts ne doivent pas être supérieurs à 5°C entre les cellules.
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D’autre part , l’ensemble des cellules doit travailler dans des conditions de tension et de courant homogènes, afin d’éviter des écarts lors du vieillissement, qui entraîneraient des déséquilibres importants entre groupes de cellules.
Le pack de cellules est donc l’objet d’une surveillance constante et d’une gestion très précise. De nombreux capteurs de tension, de courant, de température, de pression, sont disposés à l’intérieur du pack, et sont raccordés à un boîtier électronique BMS (Battery Management System), dont dépend la vie de la batterie, et accessoirement celle des occupants du véhicule.
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On comprend que, du bon choix des cellules et de leur caractérisation, de leur assemblage en modules et en pack, de la bonne conception du système de refroidissement, de l’emplacement judicieux des différents capteurs, et de la conception et réalisation du BMS, dépendra le bon comportement de la batterie, sa sécurité, et sa longévité.
La moindre défaillance, ou défaut de conception, du système de gestion, de surveillance, d’alarme, de coupure de sécurité, pourra avoir des conséquences désastreuses sur l’état de la batterie, sa longévité, et surtout la sécurité.
Les conditions optimales devront être maintenues durant toute la durée de vie du composant, et les bricolages sont bien entendus proscrits.
Sachant que, par ailleurs, la batterie Li-ion n’aime pas être maltraitée,
il faudra lui éviter les charges rapides à répétition, les décharges trop profondes, les appels de puissance prolongés par trop forte chaleur, mais aussi par temps froid.
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Voici un extrait d’un rapport INERIS.

RAPPORT D’ÉTUDE     6/06/2011  DRA-10-111085-11390D
Approche de la maîtrise des risques spécifiques de la filière véhicules électriques/ Risques liés aux batteries Li-ion .

« La température à l’intérieur d’une cellule est déterminée par l’équilibre entre la chaleur générée et celle dissipée par celle-ci. Lorsqu’une cellule atteint une certaine température (en général de l’ordre de 130 à 150°C), des réactions chimiques exothermiques se produisent entre les électrodes et l’électrolyte, ce qui contribue à augmenter d’autant plus la température.
Si la chaleur produite ne peut pas être dissipée suffisamment par la cellule, les réactions s’accélèrent alors, provoquant une augmentation rapide de la température, pouvant conduire au phénomène d’emballement thermique.

Les batteries ont une faible capacité à dissiper la chaleur et sont donc fortement sujettes à l’emballement thermique.  La pression générée par la vaporisation de l’électrolyte peut ensuite conduire à des défaillances mécaniques à l’intérieur de la cellule, pouvant provoquer la rupture de son enveloppe extérieure.

Cette perte de confinement est alors à l’origine de fuites de l’électrolyte, produit toxique, inflammable et corrosif, sous forme liquide mais également gazeux. Les vapeurs ainsi générées et mélangées avec l’air peuvent alors former une atmosphère explosive (ATEX). Celle-ci est susceptible de s’enflammer au contact d’une source d’inflammation du type étincelle ou surface chaude, souvent présentes à l’intérieur d’un véhicule. Il en résulte alors une explosion provoquant des effets thermiques et des effets de pression.

De plus, les sels d’électrolyte tels que l’hexafluorophosphate de lithium LiPF6, le tetrafluoborate de lithium LiBF4, le perchlorate de lithium LiClO4, l’hexafluoroarsenate de lithium LiAsF6 peuvent dégager des fumées particulièrement toxiques et corrosives contenant du phosphore, du fluor et du lithium. Des essais réalisés à l’INERIS [19] ont ainsi montré la formation d’acide fluorhydrique (HF) lors de la dégradation thermique de batteries Li-ion. »  
Fin de citation.
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La batterie Lithium-ion possède donc une vie propre.
Même à l’arrêt, certains processus chimiques peuvent se poursuivre, notamment en cas de fuites internes de courant pouvant conduire à un court-circuit générateur d’incendie spontané.
L’usager d’un VE doit savoir qu’il a entre les mains un outil performant, mais dont l’emploi ne supporte pas l’à peu près, ni les mauvais traitements.
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Sur une voiture thermique mal entretenue, on peut « péter une durite », crever un radiateur, casser une pompe eau, boucher un calorstat, les conséquences seront limitées.
Sur une voiture électrique, une défaillance du circuit de refroidissement se termine en général par un très très gros chèque .
D’où l’intérêt de monter une batterie de location…
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