Batterie lithium-ion : comment les utiliser en toute sécurité

Les batteries au lithium sont présentes dans les matériels électroportatifs, les équipements de mesure ou de contrôle mais aussi dans les outils de production, par exemple dans certains modèles de banches de coffrage. Leur utilisation présente des risques et occasionne régulièrement des accidents. Les risques inhérents à ces batteries, les mesures de prévention et les bonnes pratiques sont présentés ci-dessous, en intégrant toutes les phases d’utilisation, de stockage, de transport et d’élimination.

Le terme « batterie » est utilisé au sens large et englobe tous les types de batterie que l’on peut trouver dans les matériels et équipements utilisés dans le BTP.

L’évolution des technologies permet de renforcer la sécurité des batteries lithium avec des dispositifs systématiques tels que le Battery Management System (BMS) et le Current Interumpt Device (CID) présentés ci-dessous.

• Le Battery Management System (BMS) supervise le fonctionnement de la batterie : il gère la charge de chaque cellule, détecte et désactive les cellules défaillantes (état de charge, tension, température…) et limite les risques de réactions incontrôlées. Cette surveillance inclut les paramètres de tension, de courants entrants et sortants, de température ainsi que d’équilibrage (application d’une tension identique aux différents modules).

  Il s’agit d’un dispositif de sécurité intégré à la batterie qui fonctionne avec un chargeur communiquant si celui-ci est compatible.

• Le Current Interumpt Device (CID) permet de :

  - couper définitivement le circuit électrique avant l’endommagement de la batterie, en cas de pression interne excessive, de température et/ou de tension élevée ; il garantit ainsi que la batterie ne fonctionne pas dans des conditions dangereuses ;

  - de libérer les gaz accumulés en prévenant ainsi l’explosion de la batterie.

Le renforcement de la coque permet également de protéger la batterie contre les chocs et l’infiltration de liquides. Il existe également des solutions optionnelles, comme la ventilation intégrée en cas de surpression, le contrôleur de batterie intégré au système…

D'autres dispositifs de surveillance et d’information existent pour :

• connaître l’état de fonctionnement de la batterie ;
• disposer d’une fonction d’alerte sur l’état de la batterie ;
• enregistrer l’historique des données de fonctionnement ;
• géolocaliser les batteries.

Les batteries lithium comportent des cellules, chacune dotée d'une électrode positive (la cathode), d'une électrode négative (l'anode), d'un séparateur et d'un électrolyte qui délivre de l’énergie électrique en changeant d’état.

Le séparateur des batteries Lithium empêche les électrodes de se toucher. Mais si le séparateur est déchiré ou endommagé, le contact entre les électrodes peut provoquer une très grande accumulation de chaleur. De plus, si cette accumulation de chaleur produit une étincelle, l’électrolyte, qui est hautement inflammable, peut prendre feu (effet missile ou torchère).

L’électrolyte, qui renferme les sels de lithium dans un solvant organique, engendre, selon sa composition, des brûlures et des effets graves pour la santé en cas d’ingestion, d’inhalation. La fuite de cet électrolyte peut être à l’origine d’un emballement thermique.

Outre les phénomènes d’emballement thermique, il existe des risques électriques en cas de court-circuit ainsi que des risques de lésions de la peau, de brûlures et d’intoxication par inhalation de gaz, en cas de fuite de l’électrolyte présent dans la batterie.

En résumé, l’utilisation des batteries lithium peut entraîner plusieurs risques :

• chimique : émanation de gaz toxique ;
• électrique et emballement thermique : émanation de fumée, explosion, incendie ;
• projection de particules en fusion ;
• fuite de l’électrolyte : brûlure, intoxication grave pour la santé en cas d’inhalation.

Le choc mécanique

Une batterie endommagée constitue un danger induisant des risques immédiats ou différés dus à un court-circuit, une fuite de l’électrolyte consécutive à la perte d’étanchéité de la batterie ou un dégagement de gaz toxiques et corrosifs.

La surcharge ou la décharge excessive des batteries

Lorsque les batteries n'ont pas été sollicitées pendant une période prolongée de plusieurs mois et qu’elles sont en décharge excessive, ou lorsqu’elles ont subi des contraintes (choc, température, chargeur de mauvaise qualité, défectueux ou incompatible…), la recharge peut occasionner un emballement thermique.

Le court-circuit

Ce phénomène peut survenir lors de la connexion ou la déconnexion au chargeur d’une batterie, selon différentes causes décrites dans ce chapitre. Bien que la conception des batteries ne permette pas le contact facile de pièces métalliques, le risque de court-circuit peut survenir lors d’un contact simultané des bornes positives et négatives d’une batterie.

La température

Les conditions de température extérieure, de stockage ou de fonctionnement sont spécifiées par le fabricant.

La température extérieure, chaude ou froide, a un impact sur la puissance électrique délivrée au matériel et sur la sécurité de la batterie.

• Par grand froid, la capacité des batteries chute (50 % à environ -30 °C) ; la recharge par grand froid est déconseillée. De même, une batterie laissée sans protection en hiver peut être endommagée de façon permanente et dangereuse.
• Par fortes chaleurs, en plein soleil ou dans une ambiance confinée avec une humidité élevée, au-delà de 35 °C, la batterie subit une baisse de puissance, ce qui génère un risque d’échauffement de la batterie.
• Les conditions de rechargement, par exemple à proximité d’une source de chaleur ou avec exposition au rayonnement solaire intense (derrière une vitre), peuvent entraîner le dépassement des valeurs limites fixées par les fabricants et provoquer des réactions, tel que l’emballement thermique.
• En cas de pluie, les batteries sont à abriter et protéger.

Le transport et le stockage de ces batteries dans des véhicules (par exemple sur le tableau de bord) ou dans des locaux mal aérés et mal isolés thermiquement engendrent également des risques.

Il est nécessaire d’être vigilant à tous les stades d’utilisation d’une batterie.

Pour supprimer ou réduire les risques liés à l’utilisation de batteries, des mesures de prévention sont à mettre en œuvre, aussi bien lors de l’utilisation du matériel fonctionnant sur batterie que lors du stockage, du transport, du rechargement de la batterie.

• Rationaliser le parc de batteries (écologie-coût) : il s'agit d'effectuer le même travail avec moins de batteries. Les technologies avancées des batteries offrent une utilisation prolongée et un temps de charge optimisé. Cette évolution permet de rationaliser le nombre de batteries nécessaires pour une journée d'utilisation et limite ainsi le risque lié au stockage et au transport.
• Surveillance des températures à distance : dispositif de surveillance à distance, d’alerte et de sauvegarde des températures des batteries stockées.

• Armoire antifeu pour le stockage et la recharge en sécurité : elle permet d’isoler les batteries de l’environnement extérieur lors de la recharge et/ou du stockage. Elle se ferme automatiquement en cas de chaleur excessive, maintenant ainsi une température interne basse pour éviter les risques d’inflammation ou d’explosion. La résistance au feu est de 90 minutes.

• Stockage isolé : l’utilisation d’un bungalow (demi-module), à l’écart des bases vie, peut être une solution. Pour des sites sensibles, cela permet de centraliser les zones de stockage et de recharge des batteries si besoin, à l’écart des installations du chantier sensibles. Des précautions de stockage sont à respecter telles que :
  - enlever la batterie de l’outil pour le stockage ;
  - éviter l’exposition au soleil pour la chaleur.

Si une batterie présente des dommages tels que gonflement, écrasement, perforation, déchirure, entaille ou fuite, elle doit être isolée immédiatement, puis réparée ou mise en rebut.

Pour isoler la batterie endommagée :

• arrêter la charge de la batterie ;
• manipuler avec les équipements de protection (gants, lunettes, masque, vêtements de travail) ;
• placer la batterie dans un sachet plastique puis dans un bac incombustible, isolé électriquement et contenant un matériau inerte et sec (sable, vermiculite…). Le fût est placé sur un bac de rétention pour éviter toute pollution du sol ;
• entreposer le bac dans un endroit ventilé, abrité et éloigné de toute activité humaine et des autres équipements (batteries, matériels électriques ou matières combustibles) ;
• faites enlever la/les batteries endommagées par une entreprise spécialisée ou par votre professionnel du déchet des équipements électriques et électroniques (DEEE).

Les batteries usagées doivent être retirées des équipements pour leur évacuation :

• par une entreprise spécialisée ;
• auprès du fabricant ou loueur de l’équipement ;
• dans un dépôt en point de collecte agrée.

Les batteries lithium font partie des déchets gérés dans le cadre du principe de Responsabilité élargie du producteur (REP). Tout producteur-importateur est tenu d’assurer la gestion des déchets qui proviennent de ses produits mis sur le marché.

Il existe deux possibilités d’évacuation de ces déchets :

• la dépose dans un point d’apport volontaire. Pour accéder à la géolocalisation des points de collecte, consulter les sites de Corepile ou de Screkec sur Batribox ;
• l'enlèvement par les entreprises professionnelles des déchets (DEEE).

La taille de la batterie ne permet pas de rajouter des informations sur les risques et les consignes de sécurité. Cependant, la fiche de consigne suivante permet de rendre visible les informations auprès des utilisateurs. Cette fiche peut être collée sur la mallette de l’équipement.

Dans l’entreprise et sur le chantier, chaque niveau opérationnel (chefs d’entreprise, encadrants de chantier, opérateurs…) a un rôle à jouer pour mettre en œuvre les mesures de prévention des batteries lithium.

Batterie Sodium-Ion

La batterie au Sodium-Ion est une récente avancée qui présente l'avantage de s'affranchir des métaux en tension comme le lithium. Malgré les inconvénients liés à la performance et au poids, le Sodium-ion est moins inflammable que le lithium et présente une résistance aux basses températures, allant jusqu'à -20°C.

Un tournevis sans fil, à batterie Sodium-ion, créé par la spin-off du CNRS, a été commercialisé en octobre 2023, chez Leroy Merlin.

Batterie à l’état solide, une innovation de rupture 2027

Il s'agit d'une solution à électrolyte solide pour augmenter la densité d'énergie stockée mais aussi proposer des batteries plus légères et plus sûres. Ce projet de recherche nommé Elias (Eléments lithium avancés tout solide) est porté par l'entreprise Saft.