batteries au lithium

Transcription

LITHIUMBATTERIEN BRANDGEFAHREN UND SICHERHEITSRISIKEN
BATTERIES AU LITHIUM
SÉCURITÉ DES BATTERIES AU LITHIUM :
CONNAÎTRE LES RISQUES ET MIEUX PRÉVENIR LES SINISTRES
VERSION 1
JULLIET / 2016
Version 1 – April / 2016 2 et
Dr. Michael Buser, Risk Experts Risiko Engineering GmbH, Wien
Dr. Jochen Mähliß, Batteryuniversity GmbH, Karlstein
SÉCURITÉ DES BATTERIES AU LITHIUM
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Version 1 – Julliet / 2016 3
4
Version 1 – Julliet / 2016
SOMMAIRE
1
Batteries au lithium : transformation d’énergie chimique en énergie électrique
1.1Bases
1.2
Pourquoi le lithium ?
1.3
Batteries lithium-métal
1.4
Batteries lithium-ion
1.5Applications
6
6
6
8
9
10
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
11
12
12
13
15
15
Considération technique à propos de la sécurité : risques et dangers
Comportement thermique
Thermal runaway (emballement thermique)
Composants et produits de décomposition en cas d‘incendie
Risques électriques
Causes des feux de batterie
3Premiers secours sur place : sapeurs pompiers et services de sauvetage
3.1
Risque lié à un accumulateur d’énergie après un accident
3.2
Risques d‘incendie
3.3
Risques chimiques
3.4
Procédures sur le lieu d‘accident
3.5
Indications complémentaires
17
17
18
19
19
19
4Prévention classique des sinistres :
règles de sécurité générales et mesures de protection
4.1
Sécurité incendie dans les bâtiments
4.2
Mesures de protection organisationnelles
4.3
Systèmes de sécurité techniques de l‘installation
20
20
21
21
5Prévention des sinistres typiques de l‘application :
règles de sécurité spécifiques au produit et mesures de protection
5.1
Dispositifs de protection et de surveillance sur la batterie
5.2
Vélos électriques et pédélecs : exigences spéciales et mesures de sécurité
5.3
Stockage : batteries et produits fonctionnant avec une batterie
5.4
Transport : route, rail, eau, air
5.5
Élimination : recyclage et gestion des déchets
23
23
24
25
26
30
6Perspective
32
7Conclusion
33
1 BATTERIE AU LITHIUM :
TRANSFORMATION DE L’ÉNERGIE
CHIMIQUE EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
1.1Bases
Les batteries sont des accumulateurs
d’énergie chimique qui peuvent délivrer au cours d’une réaction électrochimique la charge accumulée sous
la forme d’une énergie électrique. La
transformation directe de l‘énergie
chimique en énergie électrique occupe
les hommes déjà depuis plus de 2000
ans. Les premières sources de courant
électrochimiques étaient déjà utilisées
quelques siècles avant notre ère pour
dorer les objets métalliques.
Aujourd’hui, il existe pour les applications les plus diverses un nombre
quasi incalculable de types de batterie qui se différencient en cathode,
anode, électrolyte et par leur forme de
construction, taille et performances. Il
existe une profusion de combinaisons
possibles de composants différents
dont la description et le catalogage est
difficile à mettre à jour en raison de
leur évolution technique extrêmement
rapide.
Le terme batterie désignait à l’origine
l‘interconnexion de plusieurs cellules
isolées. Cependant entre-temps le
terme a changé de signification et signifie également une cellule isolée
(une batterie unicellulaire).
Pour cette raison, les batteries au
lithium gagnent de plus de plus de
terrain dans tous les domaines de la
vie quotidienne. Elles sont utilisées
de préférence en tant qu’alimentation
électrique indépendante du réseau
ou comme batteries-tampon d’appareils électriques. Le boom notamment
des petites applications électroniques
(smartphones, notebooks, caméras,
etc.) a entraîné une propagation massive de batteries au lithium. Mais les
batteries au lithium font également
l’objet d’une demande croissante
pour l’utilisation de petits appareils de
jardin et d’outils électriques, accumulateurs d’énergie stationnaires pour
l’alimentation domestique autonome,
chariots élévateurs et voitures électriques. L’application des batteries
au lithium dans le domaine de l’automobile fait l’objet d‘un développement tout simplement exponentiel
(par ex. moteurs hybrides, moteurs
électriques haute tension, etc.). Dans
le domaine de la mobilité électrique,
1 million de véhicules électriques en
tout doivent circuler par exemple en
Allemagne d’ici 2020 (6 millions d‘ici
2025).
1.2 Pourquoi le lithium ?
Comparées aux systèmes de batteries conventionnelles, les batteries au
lithium sont une jeune technologie.
Malgré leur introduction relativement
récente sur le marché, elles représentent la plus importante croissance
sur le marché dans le domaine des
batteries d‘appareils et ont supplanté
avec succès les systèmes concurrents.
Différentes analyses de marché présentent des pronostics selon lesquels
la demande en batteries au lithium ne
cesse de progresser. Le lithium est
l’élément solide le plus léger dans le
tableau périodique (masse atomique
6,941 g/mol ; densité 0,53 g/cm3) et
possède le potentiel électrochimique le
plus faible de tous les métaux (-3,04 V
vs électrode d’hydrogène standard). La
haute capacité qui en résulte de par le
poids et les tensions élevées de la cellule combinées à différents matériaux
cathodiques en font le matériau d’électrode idéal pour les accumulateurs
d’énergie chimique.
6
La désignation « batterie au lithium »
est le terme générique pour un grand
nombre de systèmes de batterie différents dans lesquels le lithium est utilisé
sous une forme pure ou lié comme matériau actif de l‘électrode de batterie.
On distingue essentiellement deux différents types de batterie. Tandis que
les batteries primaires au lithium (batteries lithium-métal) ne sont en général pas rechargeables et donc prévues
pour un seul usage, les batteries secondaires au lithium (batteries lithiumion ou accumulateurs lithium-ion) permettent une transformation plusieurs
fois réversible de l‘énergie chimique
en énergie électrique afin de pouvoir
les réutiliser.
Système
Lithium-métal
Lithium-ion
Lithium-dioxyde
de manganèse
Lithium-dioxyde
de soufre
Lithium-chlorure
de thionyle
Lithium-dioxyde
de cobalt
Lithium-polymère
Lithium-ferphosphate
Type
Primaire
Primaire
Primaire
Secondaire
Secondaire
Secondaire
Utilisation
Cellule
Cellule
Cellule
Batterie
Batterie
Batterie
Composants
Li/solvants organiques,
LiClO4/MnO2
Li/solvants
organiques,
LiClO4/SO2
Li/LiAlCl4
in SOCl2/
SOCl2(C)
Li(C)/
solvants
organiques, sel
conducteur
LiPF6/ LiCoO2
Li(C)/
électrolyte
polymère/
LiMOx
Li(C)/solvants
organiques,
sel conducteur
LiPF6/LiFePO4
Tension
3,0 V
3,0 V
3,7 V
3,7 V
3,6 V/3,7 V
3,2 V
Densité
énergétique
290 Wh/kg
220 Wh/kg
650 Wh/kg
180 Wh/kg
120-210 Wh/kg
120 Wh/kg
Application
Petits appareils
portables
Teneur énergéPresque
uniquement dans le tique très élevée,
faible décharge
secteur militaire
spontanée et bon
comportement à
basse température
Téléphones
mobiles,
notebooks
Téléphones
mobiles, PDA
et notebooks,
modélisme
Pour des
applications
à hautes
performances
Particularité
Densité énergétique élevée et bon
comportement à
basse température,
bon marché
Capacité de charge
élevée et bon comportement basse
température
Densité énergétique élevée
La structure
cellulaire permet
la fabrication de
cellules fines en
feuilles et une
forme avantageuse
Forte sécurité
intrinsèque
Densité énergétique très élevée,
utilisation
prinicipalement
dans le domaine
millitaire à cause
des composants
aggressifs
Les avantages des batteries au lithium par rapport aux accumulateurs d’énergie chimique conventionnels proviennent des
paramètres de performances électrochimiques :
nn La tension élevée des cellules de
lithium permet la construction de
batteries avec une seule cellule.
Les petites applications électroniques mobiles modernes (par ex.
téléphones mobiles) fonctionnent
aujourd’hui exclusivement avec des
batteries lithium-ion dotées uniquement d’une seule cellule.
Version 1 – Julliet / 2016 nn Les
batteries
lithium-ion
ne
connaissent pas d’effet mémoire
contrairement aux accus conventionnels (perte de capacité dû à un
chargement/déchargement incomplet) et atteignent une efficacité élevée qui peut atteindre 95 % (rapport
entre le volume de décharge et le
volume de charge).
nn La large plage de température à laquelle fonctionnent parfaitement les
batteries au lithium (-20 °C à +70 °C),
notamment le bon comportement
à basse température et la faible
décharge spontanée (capacité de
stockage) rendent les batteries au
lithium irremplaçables dans de nombreux domaines d‘application.
7
1.3 Batteries lithium-métal
Les piles lithium-métal non rechargeables sont proposées aux tailles habituelles dans le commerce pour les piles
traditionnelles : piles-bouton CR2032,
micro (AAA), mignon (AA), baby (C),
mono (D), bloc 9 V. Elles comportent
des tensions relativement hautes, des
énergies spécifiques élevées, même
en cas de basses températures, et une
faible décharge spontanée (durée de
conservation > à 10 ans).
nn Privé : montres, petites applications
électroniques
nn Industrie : points de mesure
nn Technique de sécurité : détecteurs
de fumée longue durée
nn Véhicules automobiles : systèmes
de sécurité, systèmes de communication, commande moteur, télématique, contrôle de pression pneumatique, etc.
chlorure d’argent, etc.) est appropriée
comme matériau cathodique. Le système lithium-métal le plus largement
répandu au niveau commercial est la
pile lithium-dioxyde de manganèse (LiMnO2) utilisée très souvent sous une
forme de construction plate et ronde
comme pile-bouton ou sous une forme
cylindrique comme pile ronde. Elle possède une tension nominale de 3,0 V et
trouve son utilisation principalement
dans les petites applications électroniques (par ex. montres, calculatrices,
etc.).
On utilise du lithium métallique comme
matériau d‘anode. Parmi les types
commerciaux courants, on distingue
principalement le matériau cathodique
et l‘électrolyte utilisé.
Les solvants organiques (par ex. carbonate de propylène, carbonate d’éthylène, acétonitrile, γ-Butyrolactone)
ou les composés inorganiques (par
ex. chlorure de thionyle) ainsi que les
électrolytes[...] solides, les électrolytes
polymères ou les sels fondus sont utilisés habituellement comme électrolytes. Pour augmenter la conductivité,
des sels conducteurs fluorés comme
LiBF4, LiCF3SO3 ou LiN (SO2CF3)2 sont
ajoutés à l‘électrolyte.
Une série de matériaux organiques et
inorganiques (par ex. dioxyde de soufre,
chlorure de thionyle, sulfite de fer, sulfite de cuivre, dioxyde de manganèse,
Il y a plus de 40 ans déjà, les premières
versions de piles rechargeables avec
des électrodes lithium-métal furent
testées en plus des piles lithium-métal
8
rechargeables qu’une seule fois. Toutefois, l’inconvénient majeur de ces
premières piles lithium-métal rechargeables était le manque de maîtrise
des processus réactionnels électrochimiques sous la forme de courts-circuits locaux et le risque inhérent en
matière de sécurité.
En outre, la réversibilité exigée (décharge/recharge) plaçait leur développement devant de grands défis.
Comme le lithium s’use quasiment
lors du processus de déchargement et
qu’une électrode en lithium-métal se
dissout pratiquement, il n’existe plus
de possibilité pour le processus de
chargement inverse de reconstruire
la géométrie de l‘électrode. En conséquence, une électrode en lithium-métal est, en dépit de la théorie électrochimique, peu adaptée à l’utilisation
dans une batterie secondaire rechargeable pour des raisons techniques
d‘application. Des développements
récents dans le domaine des batteries lithium-polymère semblent avoir
trouvé des solutions à ce problème
de manque d’intégrité de l‘électrode.
C’est pourquoi, des batteries secondaires sont utilisées également depuis
quelque temps avec une électrode en
lithium-métal.
1.4 Batteries lithium-ion
Les piles lithium-ion rechargeables
existent sous diverses formes de
construction :
Pile ronde : les différentes couches
de cellules sont empilées les unes
au-dessus des autres, puis enroulées
autour d’un mandrin. L’enveloppe cylindrique de la pile (jelly roll) est ensuite
emballée dans un boîtier solide qui représente habituellement le collecteur
de courant pour l’électrode négative.
L’électrode positive est formée avec le
couvercle de la pile, isolé par le boîtier.
Pile prismatique : il s’agit le plus souvent ici, comme pour les piles rondes,
de cellules enroulées. Contrairement
aux piles rondes, la pile n’est pas
enroulée autour d’un mandrin, mais
enroulée à plat. L’enroulement à plat
ainsi créé est ensuite emballé dans un
boîtier prismatique. L’électrode, isolée
par le boîtier, entre en contact avec le
couvercle du boîtier.
Cellule pouch : celle-ci est appelée
également cellule « coffee-bag » à
cause de sa ressemblance extérieure
à du café en poudre emballé sous vide.
Cette forme de cellule ne possède
pas de boîtier solide contrairement
aux deux autres types de piles, mais
seulement une feuille d’aluminium
Version 1 – Julliet / 2016 recouverte de plastique comme enveloppe. Afin de garantir malgré tout une
certaine stabilité et une forme égale,
celle-ci doit être assurée par la structure de l’empilement des cellules. On
peut réaliser cela en utilisant des empilements de cellules par couches à la
place des enroulements utilisés.
Les batteries lithium-ion rechargeables
possèdent des performances spécifiques et une densité énergétique élevées et n‘ont pas d’effet mémoire ou
seulement très peu en cas de lithiumfer-phosphate.
nn Privé : téléphones mobiles, notebooks, caméras, jouets
nn Industrie : outils électriques portables, alimentations électriques de
sécurité, systèmes d’urgence
nn Mobilité électrique : voitures automobiles, véhicules utilitaires, vélos
électriques, etc.
nn Mémoire tampon : photovoltaïque
La percée commerciale de la technologie des batteries au lithium rechargeables a été réalisée avec l’introduction sur le marché d’une cellule qui
renonçait totalement au lithium métallique, la batterie lithium-ion. A la place
du lithium métallique, on utilise des
composés d’insertion au lithium (intercalations). Dans ce système, le ma-
tériau actif est en mesure d‘intercaler
le lithium de manière réversible aussi
bien sur le côté de la cathode que sur
le côté de l‘anode. L’électrode négative comporte ici souvent une modification du carbone avec une structure
en couches (par ex. graphite) à la place
du lithium négatif comme matériau
actif.
Au regard des exigences en matière
de densité énergétique, tension de la
cellule et durée de vie des cycles ainsi que d‘une stabilité de forme suffisante des électrodes, les systèmes de
batterie employant comme électrode
un oxyde de métal de transition au
lithium de type LiXO2 (X = Co, Ni, Mn)
où notamment du dioxyde de cobalt
(LiCoO2, LCO) doté de lithium est utilisé, ont largement fait leurs preuves
jusqu‘ici.
Des solvants organiques anhydres
(par ex. carbonate d’éthylène, carbonate de diéthyle, etc.) sont utilisés
comme électrolyte pour les cellules
secondaires au lithium ainsi que des
polymères de fluorure de polyvinylidène (PVDF) ou de fluorure de polyvinylidène-hexafluoropropylène
(PVDF-HFP) dans lesquels des sels
conducteurs fluorés tels que LiPF6 ou
LiBF4 sont dissous.
9
1.5 Applications
Les avantages des batteries au lithium
rechargeables par rapport aux accumulateurs d’énergie chimique conventionnels
(batteries
plomb-acide,
batteries nickel-cadmium batteries
nickel-métal-hydrure) proviennent des
paramètres de performances électrochimiques. La tension élevée des cellules lithium-ion de 3,6/3 ,7 V permet
la construction de batteries avec juste
une seule cellule. Les téléphones
mobiles modernes fonctionnent aujourd’hui exclusivement avec une
batterie lithium-ion et ne sont dotés
que d’une seule batterie. Une batterie à base d’électrodes en nickel traditionnels aurait besoin pour la même
application de trois cellules de 1,2 V
montées en série. En outre, elles ne
présentent pas ou extrêmement peu
d’effet mémoire (perte de capacité dû
à un chargement/déchargement incomplet par rapport aux accus conventionnels) et permettent un rendement
élevé proche de 95 % (rapport entre le
volume de décharge et le volume de
charge).
La large plage thermique à laquelle les
batteries au lithium peuvent être utilisées (-40 °C bis +70 °C), notamment
le bon comportement à basse température et la faible décharge spontanée
(durée de conservation supérieur à 10
ans) rendent les batteries au lithium
irremplaçables dans de nombreux domaines d’application.
Les applications de la batterie au
lithium sont classées principalement
en trois catégories en fonction de leur
puissance :
10
Batteries de petite puissance
pour de petites applications
électroniques mobiles
Les premières batteries au lithium produites en grand quantité étaient utilisées principalement dans les petites
applications électroniques mobiles.
Le boom notamment dans le segment
téléphones mobiles, caméras numériques et notebooks a entraîné une
propagation massive des batteries
au lithium. Les batteries au lithium
utilisées offrent une durée de fonctionnement supérieure pour un poids
en même temps plus faible. Dans les
entreprises de transformation ou les
installations de production, les batteries au lithium modernes sont utilisées
dans les domaines les plus divers. Notamment pour les machines-outils portables (visseuses sans fil, perceuses
sans fil, etc.), mais l’utilisation de
batteries lithium-ion est aussi indispensable pour la technique d’éclairage
mobile, les appareils de commande
mobiles et la technique de communication mobile.
Batteries de puissance moyenne
pour des applications de
performances moyennes
Les batteries lithium-ion gagnent de
plus en plus de terrain, notamment
pour l’utilisation dans le segment des
petits véhicules (Light Electric Vehicles,
LEV) comme accumulateur d’énergie
pour vélos, scooters, tondeuses à gazon, chariots élévateurs, etc.
Batteries de puissance élevée
(batteries haute énergie) pour
des véhicules automobiles à
moteur électrique
L’industrie de la batterie lithium-ion
connaît un accroissement rapide dans
le domaine automobile (par ex. moteurs hybrides, moteurs électriques à
haut voltage, etc. Le « plan de développement national Mobilité électrique »
adopté par le gouvernement fédéral allemand en 2009 ambitionne une hausse
substantielle de la part de véhicules
automobiles à moteur électrique. L’Allemagne doit devenir par conséquent
le numéro 1 mondial dans le domaine
de la mobilité électrique et un million de
véhicules électriques doivent circuler
sur les routes allemandes d’ici 2020.
Les batteries lithium-ion modernes
pour les véhicules automobiles atteignent une densité énergétique de
plus de 120 Wh/kg (en comparaison :
les batteries automobiles plomb-acide
atteignent env. 30 Wh/kg. Les applications de plus en plus importantes nécessitent naturellement des systèmes
de stockage de plus en plus grands qui
ont, d’une part, une teneur énergétique
bien plus élevée et qui sont, d’autre
part, en mesure de fournir de grandes
performances. Afin d’atteindre les tensions élevées de plusieurs centaines de
volt sur les systèmes de batterie performants à haute énergie, les cellules
sont montées ensemble en parallèle
et en série dans les modules de batterie, conformément aux exigences en
matière de courant et de tension, ces
modules étant eux-mêmes connectés
habituellement encore une fois à une
unité modulaire de batterie.
2 CONSIDÉRATION TECHNIQUE
À PROPOS DE LA SÉCURITÉ :
RISQUES ET DANGERS
L’utilisation de certains composés
chimiques en rapport avec des densités énergétiques élevées et l’utilisation
d’une électronique de commutation
(possible défaut technique) nécessaire
aux batteries secondaires sont à l’origine de dangers potentiels spécifiques
sur les batteries au lithium qui exigent
une considération particulière en matière de sécurité.
En raison de résultats spectaculaires,
la possible problématique des batteries
lithium-ion, mais aussi des batteries
lithium-métal, fut rendue publique, ce
qui entraîna entre autres des rappels
massifs de notebooks et de smartphones ces dernières années.
nn Le 3 septembre 2010, le vol 6 d’UPS
Airlines, un Boeing 747-40, s’écrasa
à proximité de l’aéroport de Dubaï
sur le trajet de l’aéroport international de Dubaï vers l’aéroport de
Cologne-Bonn en causant la mort
de deux membres d’équipage.
Version 1 – Julliet / 2016 Comme origine de l’accident, un
incendie fut constaté au niveau du
fret dans lequel se trouvaient des
batteries lithium-ion et des batteries
lithium-métal.
nn Après le vol d’un Boeing 787
(Dreamliner) le 7 janvier 2013 de
Narita/Japon vers Boston/USA, un
incendie se déclara à l’aéroport de
destination en raison d’une batterie
lithium-ion victime d’un emballement thermique (thermal runaway).
Le 12 juillet 2013, l’incendie d’une
batterie lithium-métal non rechargeable dans un émetteur de localisation d’urgence (ELT) se déclara
sur l’aéroport Heathrow de Londres
dans un Boeing 787 également.
nn Le 6 novembre 2013, un troisième
incendie de la voiture électrique Tesla, modèle S, se produisit.
Une batterie se distingue en ce qu’elle
fournit l’énergie stockée chimiquement lors du déchargement sous la
forme d’énergie électrique. Dans le cas
d’un emballement thermique (thermal
runaway), toute l’énergie n’est toutefois pas fournie de façon contrôlée en
tant qu’énergie électrique, mais de façon non contrôlée sous la forme d’énergie thermique. Il faut tenir compte ici
qu’une batterie lithium-ion peut libérer
en cas de défaillance env. 7 à 11 fois
l’énergie stockée électriquement. En
raison du processus de production de
chaleur, la réaction même se renforce
et cause une surchauffe critique de la
batterie.
A cela s’ajoute que certains des matériaux cathodiques utilisés à haute
température se désintègrent. Cette réaction produit également de la chaleur
(exotherme) et libère en plus l’oxygène
lié qui rend un incendie très difficilement maîtrisable en cas de développement du feu. Un tel incendie ne peut
pas être éteint avec les méthodes d’extinction conventionnelles.
11
2.1 Comportement thermique
La température de service optimale
des batteries au lithium se situe entre
20 °C et 40 °C. A cette plage de température, la batterie lithium-ion possède
les performances les plus élevées pour
un vieillissement en même temps encore tolérable.
En cas de températures négatives, un
endommagement irréversible des cellules peut se produire à cause par ex.
du dépôt de lithium pur sur l’anode (appelé placage du lithium). Cela provoque
dans le pire des cas un court-circuit interne.
La plupart des cellules lithium-ion ne
sont pas conçues pour des températures de service et de stockage supérieures à 60 °C. Lorsque la température
augmente, les batteries au lithium réagissent par une montée en pression
dans la cellule, l’expulsion de gaz inflammables, l’incendie de cellule menant jusqu’à la combustion explosive
spontanée de la batterie (emballement
thermique). Dans quelle mesure estce dangereux de laisser traîner en été
un téléphone mobile ou un ordinateur
portable entièrement chargé dans la
voiture en plein soleil, car les températures ici peuvent atteindre 80 °C ? L’utilisation directe est encore plus problématique à ces températures élevées et
entraîne encore un autre échauffement
et endommagement ou une défaillance.
nn 70 °C : échauffement spontané de
l’anode en graphite et de l’électrolyte. Les composants à point
d’ébullition bas de l’électrolyte commencent à s’évaporer et entraînent
une montée en pression qui peut
faire exploser la cellule.
nn 130 °C : le séparateur en PE, PP
ou PE/PP obture les pores (« shutdown »). Le séparateur fond, échauffement supplémentaire en raison du
court-circuit. Hausse auto-catalytique de la température.
nn 150-250 °C : certains matériaux
cathodiques se désintègrent déjà
à ces températures et émettent
de la chaleur et de l’oxygène au
cours d’une réaction exothermique
qui peut entraîner un emballement
thermique. Le matériau cathodique réagit de façon exothermique
avec l’électrolyte (décomposition).
Hausse de la pression dans la cellule due à l’évaporation et aux gaz
de décomposition. Gonflement du
boîtier de cellule et éventuellement
ouverture (les gaz de décomposition qui s’échappent sont inflammables).
nn 660 °C : fonte du collecteur de
courant en aluminium (cathode).
Libération de graphite avec risque
possible d’explosion de poussière. Poursuite de la hausse des
températures auxquelles la feuille
d‘aluminium de l’électrode positive
commence à brûler (feu de métaux).
2.2 Thermal Runaway (emballement thermique)
L’emballement thermique est une réaction chimique exothermique qui se
renforce d’elle-même, où l’on peut
atteindre très vite de très hautes tem-
12
pératures et que le lithium intercalé luimême chimiquement peut enflammer
(feu de métaux).
2.3 Composants et produits de décomposition en cas d’incendie
Les cellules au lithium sont en général
encapsulées hermétiquement, c.-à-d.
fermé de manière étanche aux gaz,
de façon à ce qu’aucun composant ne
puisse s’échapper durant le fonctionnement régulier normal Cependant, si
le boîtier est endommagé mécaniquement ou si une charge thermique se
produit suite à un incendie, différentes
matières corrosives, toxiques et cancérigènes, mais aussi des composants
combustibles, peuvent s’échapper
sous la forme de poussière, de gaz ou
de liquide.
Lithium-métal : les batteries primaires lithium-métal comportent
des risques potentiels qui proviennent principalement de l’emploi
du lithium-métal. Le lithium est hautement réactif et est enclin à de violentes réactions auto-catalytiques. En
outre, le lithium possède une température de fusion comparativement
basse (181 °C), le lithium fondu pouvant entraîner des états incontrôlés
dans le corps de la batterie. Si la température locale dépasse le point de
fusion du lithium, par exemple suite
à un défaut technique, des réactions
« explosives » du métal peuvent se
produire avec l’électrolyte.
Hydrogène (danger gaz détonant) :
le contact avec l’eau notamment (par
ex. eau d’extinction) représente un
autre danger du lithium-métal. Les
éléments de la molécule d’eau (H2O)
sont immédiatement décomposés ici
par la réactivité élevée du métal alcalin qui peut entraîner la formation
d’hydrogène gazeux (H2). Comme les
mélanges hydrogène/air sont inflammables dans une proportion très large
(4 à 75 % du vol. de H2 dans l’air) et
qu’ils n’ont besoin en plus que d’une
très faible énergie d’allumage, de
faibles décharges électrostatiques ou
des étincelles électriques (par ex. interrupteur d’éclairage) suffisent déjà
comme source d’inflammation pour
déclencher une explosion de gaz détonant.
Version 1 – Julliet / 2016 Même si le lithium n’est pas présent
dans les batteries secondaires comme
métal pur, mais comme composé
chimique (à l’état chargé par ex. comme
composé d’intercalation du lithium ou à
l’état déchargé comme lithium-dioxyde
de cobalt, LiCoO2), la formation d’hydrogène gazeux peut également se
produire durant ces modifications du
lithium au contact de l’eau.
Un autre danger par rapport à l’eau provient du potentiel d’électrode ou de la
tension continue entre les deux pôles
de batterie. Même si avec une cellule
intacte et entièrement encapsulée la
probabilité que le corps d’électrode
interne (lithium) entre en contact avec
l’eau soit très faible, la seule tension de
l’électrode entre les deux pôles de cellule peut suffire à décomposer les éléments constitutifs de l’eau (réaction de
décomposition d’Hoffmann). Chacun
se souvient de ses cours de chimie à
l’école où l’on plongeait au cours d’une
simple expérience de laboratoire des
piles usuelles dans un récipient d’eau
salée pour démontrer ensuite la formation d’hydrogène gazeux avec l’échantillon de gaz détonant. Si l’on applique
dans la pratique les connaissances
issues de l’expérience en laboratoire,
il existe – lorsque les piles ou les batteries chargées sont complètement
recouvertes d’eau d’extinction ou rincées avec l’eau d’extinction s’écoulant
dans un bassin collecteur - le risque
de formation d’hydrogène gazeux et
donc d’une explosion de gaz détonant
à cause de la tension continue entre les
pôles de batterie.
Graphite : l’emballement thermique
de grands types de cellule provoque
en partie une libération importante de
graphite. D’une part, il existe ici, notamment dans des pièces, un risque
d’explosion de poussière de graphite
et d’autre part une contamination de la
pièce avec de la poussière de graphite
conductrice et la détérioration des appareils électriques et électroniques en
raison de courts-circuits.
Métaux lourds : du fait de l’utilisation
fréquente dans les batteries secondaires d’oxyde de la série des métaux
dits de transition (cobalt, nickel, manganèse), il faut s’attendre en cas d’incendie à des produits de réaction sous
forme de poussière ou à des résidus
de ces matières en partie nocifs pour la
santé (cobalt) ou toxiques (nickel) dans
les cendres et la fumée d’incendie.
Concernant les composés du cobalt,
une exposition de 25 milligrammes
seulement peut déjà causer chez
l’homme des maladies de la peau, de la
langue et de l’estomac, des affections
hépatiques, cardiaques et rénales et
des tumeurs cancéreuses. L’inhalation
de composés du nickel est associée à
un risque accru de cancer pour les carcinomes de la langue et les voies respiratoires supérieures.
Composants combustibles : les matériaux ou les différents composants
utilisés dans les batteries au lithium
sont en partie combustibles et facilement inflammables. Au seul regard des
paramètres techniques de protection
contre les incendies, tels que le point
d’éclair, la température d’inflammation
et les valeurs calorifiques, les matériaux d’électrolyte utilisés indiquent
une charge d’incendie élevée. Le liquide électrolytique est composé très
souvent d’un mélange de solvants
organiques combustibles et d’un sel
conducteur. Les solvants organiques
utilisés dans les batteries au lithium
sont en général facilement inflammables et peuvent former des mélanges explosifs avec l’air.
Sel conducteur hexafluorophosphate de lithium (LiPF6) : en raison
de l’utilisation de composés fluorés et/ou phosphorés (par ex. le sel
conducteur hexafluorophosphate de
lithium (LiPF6) principalement utilisé),
des substances gazeuses peuvent
être libérées de manière non spécifique en cas d’incendie et représenter un risque important pour les personnes et l’environnement en tant
13
que substances toxiques dans la fumée d’incendie. Comme ce composé est fortement hygroscopique, une
réaction chimique a lieu déjà dans les
traces d’eau (entrée d’humidité de l’air
lorsque le corps cellulaire éclate) avec
la création d’acide fluorhydrique (HF)
et d’acide phosphorique (H3PO4).
L’acide phosphorique (H3PO4) est fortement hygroscopique et possède un
effet irritant et corrosif sur les yeux, les
voies respiratoires et la peau. Une absorption orale entraîne des lésions du
tractus gastro-intestinal.
Le fluorure d’hydrogène/acide fluorhydrique (HF) est un gaz incolore
(odeur âcre, très toxique, corrosif,
fortement hygroscopique) qui cause
déjà des problèmes de santé à de très
faibles concentrations (1,4 ppm) ou
des atteintes graves ou permanentes
(valeur IDLH : 30 ppm). L’acide fluorhydrique se forme en réaction avec l’eau
(par ex. eau d’extinction) : effet corrosif et irritant sur les muqueuses et la
peau, risque de lésions oculaires et pul-
14
monaires graves, troubles du métabolisme, du système cardio-vasculaire et
du système nerveux, lésion osseuse).
L’acide fluorhydrique est un poison de
contact fort dont la dangerosité est particulièrement critique à classer parque
qu’il est immédiatement absorbé par
la peau. Des brûlures des couches profondes de l’épiderme et même des os
sont possibles sans que la peau ait une
blessure extérieure visible.
En cas de feux de batteries lithium-ion,
l’acide fluorhydrique peut déjà causer
un risque critique avec des dimensions
courantes (par ex. ordinateur portable).
Toutefois, seule une mesure de l’acide
fluorhydrique sur place peut clarifier
concrètement la situation. Après des
incendies dans lesquels des batteries au lithium sont impliquées, des
concentrations élevées d’acide fluorhydrique peuvent apparaître dans la
fumée et des contaminations sur des
parties du bâtiment et des installations
(même si celles-ci ne sont pas directement concernées par l’incendie) ne
sont pas à exclure.
Autres composés toxiques : à partir
d’éléments phosphorés, des composés d’hydrogène phosphoré peuvent
se former (par ex. phosphine), qui sont
classés comme toxiques et dangereux
pour l’eau. La phosphine peut être absorbée par inhalation et irrite fortement
les voies respiratoires. L’apparition d’un
œdème pulmonaire toxique peut être la
conséquence la plus grave.
Risques spécifiques liés aux personnes malgré les détecteurs d’incendie : des substances toxiques plus
lourdes que l’air (par ex. vapeurs d’électrolyte et de solvants, chlorure d’hydrogène des tuyaux en PVC, dioxyde
de carbone) ou des composants de
fumée d’incendie ou de décomposition peuvent être libérés en raison de
batteries au lithium endommagées
aussi bien au stade de l’incendie qu’au
départ de feu. Les éléments lourds
peuvent s’accumuler dans le sol et ne
sont pas détectés par les détecteurs de
fumée optiques au plafond.
2.4 Risques électriques
Tension électrique : une tension électrique continue est réglée entre les
pôles d’une batterie. C’est pourquoi,
les batteries à haute tension peuvent
représenter un danger pour les personnes. Les tensions nominales élevées (jusqu’à 800 V) requises pour
les véhicules électriques peuvent causer un choc électrique au contact (remarque : des tensions continues de
120 V sont déjà mortelles !).
Sur un véhicule électrique accidenté,
les équipes de secours ne savent pas
souvent où débrancher le système
électrique ou quels câbles passer.
Comme les accumulateurs haute tension ne peuvent pas être arrêtés facilement à l’aide d’un interrupteur d’arrêt
d’urgence, la haute tension représente
un certain danger pour le personnel
de maintenance, notamment pour les
équipes de secours.
Courant électrique : les systèmes de
batterie doivent fournir à court terme
des courants élevés de plusieurs centaines d’ampères pour l’application
dans les véhicules électriques. Le
risque lié au courant électrique réside
dans la formation d’arcs (par ex. en cas
de coupure de ligne) et dans la surcharge ou les courts-circuits. En cas
de court-circuit dans le système haute
tension avec les batteries lithium-ion
actuelles, des courants de 6000 A et
plus peuvent monter ici en quelques
millisecondes (remarque : des intensités de courant de 50 mA sont déjà
mortelles !).
De telles intensités de courant entraînent immédiatement une hausse
de la température locale et un risque
d’incendie. Les puissances électriques
élevées provoquent des surchauffes
qui peuvent entraîner un emballement
thermique incontrôlable. Le point particulièrement critique est que la résistance de passage continue à augmenter
avec l’échauffement. Cela entraîne de
nouveau une hausse supplémentaire
de la température, ce qui augmente
de nouveau la résistance de passage,
et ainsi de suite. A la suite de cet effet
domino, les températures élevées formées peuvent provoquer la fusion des
différents composants de la cellule (par
ex. séparateurs, électrodes) et causer
de nouveau des courts-circuits, puis un
développement du feu.
2.5 Causes des feux de batterie
Mauvaise manipulation : les situations dangereuses résultent notamment d’une mauvaise manipulation et
d’une utilisation incorrecte. Les détériorations mécaniques (par ex. suite à
un choc, une chute, un écrasement,
etc.), les erreurs électriques (par ex.
suite à un court-circuit, une surcharge,
etc.) ou les effets thermiques (par ex.
rayonnement thermique extérieur, etc.)
peuvent entraîner un écoulement de
l’électrolyte, des réactions de surpression avec soufflage des produits de réaction gazeux, des départs de feu ou
un violent éclatement. La surcharge
d’une batterie lithium-ion peut entraîner par exemple une décomposition
cathodique en libérant de forts agents
oxydants avec la réaction fortement
exothermique de l’électrolyte qui en
résulte. L’emballement thermique peut
être causé à l’intérieur de la cellule
lithium-ion : des gaz chauds se développent lors de « l’emballement de la
batterie », lesquels entraînent l’ouverture de la cellule et l’éjection de ses
composants éventuellement brûlants.
Version 1 – Julliet / 2016 Détérioration mécanique : les détériorations mécaniques des batteries
font courir le risque de courts-circuits
internes et d’incendie. Le boîtier peut
être endommagé à cause d’une erreur
de fabrication (par ex. assemblage incorrect des différents composants),
d’une surcharge mécanique ou d’une
surpression dans la cellule. La surpression se forme en général suite à une
surchauffe de la cellule, ce qui peut
être la conséquence d’un bourrage,
d’un court-circuit ou d’une surcharge.
Charge thermique secondaire : la
charge thermique externe (par ex.
suite à un rayonnement thermique en
cas d’incendie) peut entraîner sur des
batteries au lithium la fonte des différents composants (par ex. séparateurs)
et ainsi un court-circuit qui peut causer
facilement un incendie.
Court-circuit externe : peut arriver
lorsqu’il y a (par ex. en raison d’un objet
métallique) un contact polaire des deux
côtés.
Court-circuit interne dû à une erreur
de la cellule ou d’un crash : les erreurs
de fabrication des cellules au lithium
sont une des causes principales des
courts-circuits internes. Si par exemple
des particules métalliques ou diverses
saletés conductrices sont enfermées
entre le séparateur et l’électrode durant
la fabrication, un endommagement local
de la feuille du séparateur peut se produire lors d’une utilisation ultérieure et
causer un court-circuit interne. En raison
du fameux « effet de mailles filées », les
petits dommages du séparateur, microscopiques au début, peuvent s’agrandir
au fil des jours ou des semaines pour
devenir de larges fissures dans le matériau en feuilles, la hausse d’abord insignifiante (car limitée localement), puis
quasi exponentielle, de la température
due au court-circuit pouvant évoluer
vers un emballement de la cellule. Sur
ce point, les courts-circuits internes
restent généralement inaperçus dans
la pratique quotidienne et causent de
brusques incendies uniquement après
un usage prolongé.
15
Surcharge : une cellule ou une batterie est chargée à l’aide de la tension de
fin de charge spécifiée par le fabricant.
La cellule entièrement chargée ne peut
plus stocker l’énergie fournie en plus
par la prise de courant, la surcharge
entraîne par conséquent un échauffement de la cellule ou de la batterie.
Une évaporation du liquide électrolytique organique et une désintégration
de la structure cristalline en couches
peuvent survenir à l’intérieur de la cellule, entraînant la libération d’oxygène
élémentaire (favorise l’incendie !) associée à une forte réaction exothermique.
Ce processus peut causer un incendie en raison d’une forte hausse de la
température locale et, dans certaines
circonstances, également une réaction de décharge explosive. En outre,
un dépôt de lithium métallique peut se
former sur l’anode (appelé « placage du
lithium »). De fines petites aiguilles de
lithium, appelées « dendrites » peuvent
se former ensuite, qui transpercent facilement le séparateur en plastique et
peuvent causer un court-circuit interne.
16
Sur-décharge ou décharge profonde : lors d’une sur-décharge ou
d’une décharge profonde, la cellule
ou la batterie continue d’être déchargée, bien que la tension de fin de
décharge spécifiée par le fabricant
ait été atteinte. Ce faisant, le liquide
électrolytique se décompose de façon
irréversible. Lorsqu’une telle cellule
lithium-ion déchargée profondément
est chargée, la quantité d’énergie fournie ne peut plus être stockée en énergie chimique en raison du manque de
liquide électrolytique et l’énergie de
charge est transformée en chaleur
Défaut dans le circuit de refroidissement (sur les grosses batteries) :
lorsque le refroidissement interne de
la batterie est effectué (comme sur les
grosses batteries et les batteries de
véhicules habituelles) avec un réfrigérant à base d’un mélange glycol/eau,
il existe en cas de défaut du circuit de
refroidissement et de fuite du réfrigérant le risque que le réfrigérant monte
entre les cellules en raison de l’effet ca-
pillaire et qu’après plusieurs jours cela
entraîne également des courts-circuits
internes et finalement un emballement
thermique de la batterie.
Batteries lithium-ion et chargeurs
de contrefaçon : certaines entreprises
(notamment du segment électronique
de divertissement) mentionnent sur
leurs sites Internet des avertissements
concernant les batteries lithium-ion et
les chargeurs de contrefaçon. Ils expliquent clairement que les produits ne
sont pas équipés d’éléments de sécurité appropriés et que différents problèmes peuvent survenir lors de leur
utilisation ou chargement : fort échauffement inhabituel, éclatement et écoulement de l’électrolyte, feu, blessures
de l’utilisateur, par ex. brûlures. Ils
attirent en outre l’attention sur le fait
qu’aucune responsabilité ne pourra
être assumée en cas de dysfonctionnements ou d’accidents occasionnés par
l’utilisation de batteries lithium-ion ou
de chargeurs non originaux (y compris
les produits de contrefaçon).
3 PREMIERS SECOURS SUR PLACE :
SAPEURS-POMPIERS ET
SERVICES DE SAUVETAGE
Les sapeurs-pompiers doivent se
protéger d’une part contre l’incendie
lui-même et en cas de feu de batteries au lithium contre les substances
chimiques (intervention C). Lors du
sauvetage des personnes et de la récupération des véhicules électriques et
hybrides accidentés, les sapeurs-pom-
piers sont exposés à des dangers bien
spécifiques en raison des tensions élevées.
C’est pourquoi, les exigences particulières en matière d’équipement de protection individuelle des forces d’intervention sont très importantes
3.1 Risque provenant d’un accumulateur d’énergie haute tension après un accident
Les batteries dans les véhicules électriques et hybrides sont montées en
principe isolées des pièces de la carrosserie. En cas d’endommagement
de l’isolation (par ex. crash), celle-ci
peut néanmoins être percée et les
pièces du véhicule peuvent être sous
tension. En cas de détérioration de la
batterie ou des câbles conducteurs et
des composants, des arcs électriques
peuvent se former et causer un feu de
batterie ou incendie du véhicule.
Bien qu’il y ait en général dans les véhicules, par ex. lors d’un crash, une
coupure de tous les pôles de la batterie et donc une mise hors tension
du véhicule et des câbles de la tension électrique, on ne peut jamais être
sûr en cas d’accident d’un véhicule
Version 1 – Julliet / 2016 électrique si le système électronique
a réellement coupé tous les pôles de
la batterie. C’est pourquoi, les câbles
et les composants de l’électronique
de puissance pourraient être encore
sous tension. Les câbles sous tension
sont reconnaissables à leur couleur
orange, mais leur emplacement précis dans le véhicule n’est pas connu.
A cet égard, les systèmes haute tension dotés de batteries lithium-ion
comportent un risque supplémentaire
en raison des chocs électriques, des
courts-circuits et des arcs électriques
parasites. C’est pourquoi, un EPI est
nécessaire ici : gants d’électricien,
casques isolants avec visière pour
protéger des arcs électriques, outils
isolants, toile pour recouvrir les pièces
sous tension.
nn Les câbles haute tension sont souvent posés dans les longerons et les
supports du soubassement du véhicule. Une précaution particulière est
de mise lors des travaux avec des
appareils de sauvetage hydrauliques.
nn Une décharge électrique des accumulateurs d’énergie haute tension sur le
lieu d’accident n’est pas faisable.
nn L’état de l’accumulateur d’énergie
haute tension doit être continuellement surveillé (développement de
fumée).
nn L’accumulateur d’énergie haute tension ne doit pas être touché.
nn Il est recommandé de demander un
électricien spécialisé dans les systèmes haute tension via le centre de
contrôle compétent afin d’évaluer
concrètement les risques et déterminer la procédure à suivre.
17
3.2 Risques d’incendie
Scénarios d’incendie
En cas de charge thermique, les cellules au lithium sont enclines à un allumage « explosif » avec un « effet de
fusée » (semblable aux aérosols). Pour
éviter des incendies secondaires et des
dommages collatéraux, des mesures
appropriées doivent être prises pour
protéger les zones avoisinantes.
Lors d’un incendie de véhicules électriques/hybrides, tout comme pour les
véhicules conventionnels, une fumée
nocive pour la santé se forme en raison
des matériaux combustibles, par ex.
plastiques. Les accumulateurs d’énergie haute tension ainsi que leurs différentes cellules disposent de dispositifs
de sécurité mécaniques qui s’ouvrent
par ex. en cas de hausse de la température et de la pression dues à un incendie et permettent ainsi un dégazage
ciblé et une décompression.
Comme pour les véhicules conventionnels accidentés, les risques résiduels
de départ de feu à un moment ultérieur
après l’accident ne sont pas à exclure,
cela vaut particulièrement pour les accumulateurs d’énergie haute tension
endommagés.
Moyens d’extinction
Pour lutter contre les incendies, les
poudres d’extinction pour feux de métaux, les agents d’extinction refoulant
l’oxygène ou les mélanges de tensioactifs sont recommandés en plus
du moyen d’extinction classique eau en
cas de feux de batterie au lithium.
Eau : lors d’un feu de batterie au lithium,
des quantités de chaleur extrême sont
libérées à cause de l’énorme teneur en
énergie. En tenant compte de la charge
calorifique élevée des batteries au
lithium et de l’énergie thermique libérée
en cas d’incendie, l’excellente capacité
d’absorption de la chaleur de l’eau fournit une contribution efficace à la lutte
contre le feu. L’agent d’extinction clas-
18
sique eau est principalement utilisé en
cas d’intervention des pompiers.
L’utilisation le plus tôt possible d’eau
en grandes quantités agit notamment
grâce à l’effet de refroidissement d’une
réaction nettement ralentie et donc sur
le développement du feu également. En
outre, les gaz de fumées toxiques sont
déposés. L’extinction avec de l’eau fait
que toutes les cellules endommagées,
dont le boîtier est ouvert, sont déchargées lentement et définitivement au
contact de l’eau.
Pour les feux de batteries au lithium, il
faut prévoir des besoins en eau d’extinction nettement supérieurs à ceux
utilisés pour lutter contre les feux classiques. Ce faisant, il faut tenir compte
qu’un refroidissement direct des cellules n’est pas possible en raison des
enveloppes solides des batteries. Ce
qui entraîne une nouvelle hausse des
besoins en eau.
La formation d’hydrogène doit être prise
en compte. L’hydrogène peut former le
cas échéant avec l’air environnant des
mélanges inflammables et brûler brusquement. Les mélanges hydrogène/air
sont inflammables dans une très large
proportion (4 à 77 % du vol. de H2 dans
l’air et nécessitent une très faible énergie d’allumage si bien que de faibles décharges électrostatiques suffisent déjà
comme source d’inflammation.
Poudre pour feux de métaux / sable :
l’effet d’extinction avec la poudre pour
feux de métaux ou le sable est basée
de prime abord sur le principe de la séparation de l’alimentation en oxygène
en recouvrant le produit incendié. Ces
moyens d‘extinction n’ont cependant
aucun effet de refroidissement si bien
qu’en cas d’incendie l’énergie thermique libérée ne peut pas être combattue de façon efficace. En outre, en
retirant la couverture de l’agent d’extinction subsiste le risque qu’une forte
déflagration se produise à cause de
l’oxygène de nouveau disponible.
Face à l’énorme énergie thermique
à laquelle il faut s’attendre en cas de
feux de batteries au lithium et au regard
des problèmes de l’application pratique
dans un scénario d’incendie avancé
(comment répartit-on l’agent d’extinction en recouvrant les surfaces sur le
lieu d’incendie ?), l’utilisation de poudre
pour feux de métaux ou de sable se
limite uniquement à des départs de
feux plus petits. Pour des scénarios
de sinistres plus importants, la poudre
pour feux de métaux ou le sable apparaît comme un moyen peu adapté. La
même chose vaut pour la poudre d’extinction ABC.
Agents d’extinction refoulant l’oxygène : l’utilisation d’agents d’extinction gazeux refoulant l’oxygène (par
ex. gaz d’extinction CO2) étouffe en
effet l’incendie et réduit l’énergie libérée, mais ils n’ont pas d’effet de refroidissement. Celui-ci détermine néanmoins, notamment en cas de feux de
batteries au lithium, grandement la
réussite de l’extinction (ou l’échec).
L’effet de refoulement de l’oxygène
doit également être relativisé sur les
batteries au lithium. L’oxygène libéré
de la cellule même à partir de la désintégration du matériau actif cathodique
en cas d’incendie permet une oxydation partielle (= combustion continue),
même sans oxygène de l’air extérieur.
L’utilisation de gaz d’extinction est par
conséquent peu appropriée du point
de vue de la technique de protection
incendie.
Additifs d’extinction : en utilisant différents additifs (par ex. sels de calcium,
agents gélifiants, agents de gonflement, composés tensioactifs, etc.) pour
l’eau d‘extinction, certains fabricants
essaient de relever les défis d’une attaque d’incendie réelle sur les batteries
au lithium. Le fait est que les additifs
peuvent augmenter le transfert de chaleur sur l’agent d’extinction et l’utilisation d’additifs appropriés peut aider à
réduire les besoins en eau et à accélérer l’extinction.
De récentes études avec des additifs
spéciaux ont donné certes à titre individuel de bons résultats d’extinction.
Les essais d’extinction superposés
ont été effectués cependant avec différents types de lance à incendie et
différents débits et sont par conséquent difficilement comparables. Les
agents moussants polyvalents classiques présentent en outre des résul-
L’extinction d’un incendie est par conséquent tout à fait possible avec certains
additifs (ceux-ci sont donc en principe
appropriés ou non nocifs), une évaluation objective de ces additifs d’extinc-
tion par rapport aux agents moussants
polyvalents classiques est cependant à
peine possible pour les raisons décrites
ci-dessus. Les présentations de produit
de ces agents d’extinction « nouveaux »
n’offrent donc par rapport aux agents
moussants polyvalents classiques (nettement moins chers) aucun avantage
objectivement valable (et sérieusement
défendable).
d’extinction, mais peuvent être
contenus à fortes concentrations
dans la fumée d’incendie. Les électrolytes qui s’écoulent de l’accumulateur d’énergie haute tension sont
en général irritants ou corrosifs. Le
contact avec la peau et l’inhalation
des vapeurs doivent absolument
être évités.
nn C’est pourquoi, il faut toujours porter
un appareil respiratoire autonome.
Les vêtements de protection selon
EN 469 offrent en plus d’une protection thermique une certaine protection contre les acides afin d’éviter
toute contamination de la peau.
nn Des liants classiques doivent être
utilisés pour absorber les fuites.
nn Sécuriser contre tout réenclenchement : conserver la clé de contact,
le connecteur Interlock et la fiche de
coupure de maintenance dans un
endroit sûr.
nn Vérifier l’absence de tension : vérifier l’absence de tension avec un
testeur de tension homologué.
nn Mettre à la terre et court-circuiter.
nn Recouvrir les pièces sous tension.
garés sans surveillance ou dans des
halls fermés après utilisation.
nn Les batteries haute tension ou les
pièces endommagées sont considérées lors du transport comme
une marchandise dangereuse et ne
doivent donc être embarquées que
par des spécialistes, transportées
sur des véhicules ouverts et être
stockées en plein air.
nn Remontée du véhicule de l’eau :
en principe, il n’y a aucun risque
accru de choc électrique dans l’eau
avec le système haute tension.
La procédure de récupération est
identique aux véhicules classiques.
En principe, il n’y a pas de danger
supplémentaire pour l’eau potable
par rapport aux véhicules conventionnels.
nn Attention tensions jusqu’à 1.000 V
! En raison des risques électriques,
les principes de lutte contre les incendies dans les installations électriques et les distances par rapport
aux lances à incendie doivent être
respectés conformément à VDE
0132.
tats comparables. Les agents moussants polyvalents n’ont toutefois pas
été utilisés pour les essais d’extinction
superposés.
3.3 Risques chimiques
nn Concernant les incendies, notamment des véhicules modernes, le
problème principal réside dans le
fait que les quantités de fumée et
d’énergie libérées ont considérablement augmenté en raison des matériaux utilisés entre-temps.
nn Les acides et les métaux lourds qui
peuvent apparaître dans les feux
de véhicules sont dilués par l’eau
3.4 Procédures sur le lieu d’accident
nn Mettre hors tension : déconnecter
toutes les conduites sous tension.
Couper le contact (débrancher aussi
la batterie 12 V).
nn Retirer le connecteur Interlock et la
fiche de coupure de maintenance
sur la batterie haute tension.
3.5 Indications complémentaires
nn Les véhicules électriques et hybrides n’émettent aucun bruit lorsqu’ils fonctionnent. Les véhicules
électriques peuvent donc se déplacer à tout moment ‘en toute discrétion’’ : sécuriser les véhicules contre
tout roulement.
nn Les cellules endommagées (même
chargées thermiquement) sont enclines à une infllammation spontanée retardée (même après une
attaque d’incendie réussie). C’est
pourquoi, les véhicules électriques
ou hybrides ne doivent JAMAIS être
4 PRÉVENTION CLASSIQUE
DES SINISTRES :
RÈGLES DE SÉCURITÉ GÉNÉRALES
ET MESURES DE PROTECTION
Concernant la manipulation et le stockage des batteries au lithium au sein de
l’entreprise, les dispositions suivantes
s’appliquent : l’exploitant est tenu
d’après la loi sur la sécurité au travail
(ArbSchG) et l’ordonnance sur la sécurité des entreprises (BetrSichG) d’évaluer dans une analyse des risques les
dangers provenant des équipements
et appareils techniques et de mettre
en œuvre les mesures de protection
qui en résultent. Ce raisonnement vaut
également pour les batteries au lithium.
Toutefois, dans le sens d’une prévention efficace des sinistres, des
concepts de protection tout à fait
conventionnels sont proposés dans
le domaine des batteries au lithium
avec des mesures classiques qui ont
fait leurs preuves lors de la fabrication,
la manipulation et le stockage de matières inflammables.
4.1 Sécurité incendie dans les bâtiments
Pour protéger les installations de production et les zones de stockage de
l’exposition aux matières inflammables,
la séparation spatiale et matérielle a fait
ses preuves comme mesure efficace
de prévention des sinistres. Par conséquent, il est recommandé d’autoriser le
stockage et la manipulation des batteries au lithium exclusivement dans des
zones séparées résistantes au feu ou
en garantissant une distance de sécurité
convenable. Sur la base des expériences
en matière de sinistres, un standard de
90 minutes de résistance au feu (paroi
coupe-feu) ou une distance de sécurité
20
d’au moins 20 mètres se sont imposés
au niveau international.
Si des raisons techniques d’exploitation n’autorisent pas une séparation
spatiale ou matérielle des différentes
zones, les espaces libres suffisamment dimensionnés et les distances
de sécurité d’au moins 2,5 m à l’intérieur d’un compartiment coupe-feu
doivent être pris en compte comme
exigence minimale en matière de protection incendie, en les associant aux
mesures de protection organisationnelles et techniques supplémentaires.
En plus de la séparation technique de
protection incendie des zones dans
lesquelles les batteries au lithium sont
fabriquées ou stockées, les risques
potentiels peuvent être largement réduits par le blindage de chaque batterie ou lot de production (cassettes ou
conteneurs en matériau non combustible). Cependant, cette solution est
souvent difficilement applicable dans
la pratique.
4.2 Mesures de protection organisationnelles
Comme le risque d’un incendie est à
attribuer de prime abord à une mauvaise manipulation ou utilisation et rarement à des erreurs techniques, une
importance particulière revient à la prévention organisationnelle des sinistres.
Notamment la formation des employés
concernant un maniement correct (similaire aux matières dangereuses) et la
mise à disposition d’instructions d’exploitation spécifiques représentent une
exigence essentielle.
Des mesures de précaution simples,
comme par exemple la prévention efficace d’un court-circuit sur les pôles de
batterie en utilisant des capuchons, la
prévention du rayonnement thermique
dû aux chauffages et aux rayons du
soleil en choisissant des lieux de stockage adaptés ainsi que le dégagement
des purges de sécurité et la pose de
tableaux d’indication pour l’alignement
correct des cellules de batterie dans le
dépôt sont des mesures de prévention
des sinistres simples à effectuer et en
même temps efficaces.
Afin d’empêcher un court-circuit interne en raison de l’endommagement
des surfaces de l’électrode ou des
matériaux du séparateur, il convient
d’éviter toute détérioration mécanique
des composants de la cellule par un
choc, un coup ou un écrasement. Les
produits endommagés (même avec de
tout petits dégâts) doivent être immédiatement éliminés dans les règles.
Dans le sens d’une réduction des principaux dangers, le stockage séparé doit
être garanti ou le stockage mélangé à
d’autres produits et matières doit être
suspendu.
Les extincteurs manuels avec de la
poudre d’extinction spéciale (classe D)
ont fait leurs preuves pour une réaction rapide à des petits départs de feu.
Ceux-ci ne sont cependant efficaces
que dans la première phase de départs
de feu plus petits en associant juste
quelques cellules. Les extincteurs manuels au dioxyde de carbone (CO2) ou à
la poudre sèche chimique convention-
nelle n’ont qu’une efficacité limitée et
sont donc moins adaptés.
Si les batteries au lithium doivent
être préparées sur les sites de production, il convient de veiller à ce que
le nombre de batteries soit limité au
minimum nécessaire (« besoins journaliers »). Dans la zone des aires de
préparation et des lieux de transformation, des extincteurs supplémentaires
doivent être mis à disposition (veiller
à des extincteurs appropriés). Les
espaces libres de 2,5 m autour des
aires de préparation forment une protection efficace contre la propagation
des incendies. L’utilisation d’armoires
de stockage/conteneurs résistants au
feu est le mieux. Si des installations
d’extinction sont présentes dans les
zones concernées, vérifier si l’installation concernée (y compris le moyen
d’extinction utilisé) est prévue pour
l’aggravation des risques en raison de
batteries au lithium et peut lutter efficacement contre un feu de batteries
au lithium.
4.3 Systèmes de sécurité techniques de l’installation
Concernant les mesures de protection
incendie techniques de installations (installations d’extinction) relatives à la manipulation ou au stockage des batteries
au lithium, il n’existe actuellement en ce
qui concerne l’efficacité des concepts
de protection techniques et la réalité des
solutions techniques de l’installation que
peu de connaissances fiables et aucun
concept standardisé. Malgré des risques
potentiels manifestes, aucun concept
d’installation d’extinction n’a pu s’imposer jusqu’à présent en tant que standard établi. II n’est par conséquent pas
possible de recommander de manière
sérieuse et exclusive un certain concept.
Les expériences avec des feux de batterie en utilisant la technique d’extinction classique (installations sprinklers,
installations d’extinction à gaz, etc.) ont
Version 1 – Julliet / 2016 montré que des quantités de chaleur extrême sont libérées lors des incendies,
notamment à cause de l’énorme teneur
en énergie. La protection incendie technique des installations se trouve devant
de grands défis, notamment là où la
technique classique d’extinction à l’eau
(par ex. installations sprinklers) est déjà
mise en œuvre. Sont particulièrement
visés ici les entrepôts mixtes (par ex. entrepôt logistique, entrepôt central, etc.),
où des batteries au lithium peuvent être
stockées (« tenue de stock aléatoire »)
à côté de marchandises traditionnelles.
La technique d’extinction classique est
souvent dépassée et ne peut pas lutter
efficacement contre un feu de batterie.
Le risque de retour de flammes pose
également de hautes exigences en matière de protection incendie de la technique des installations.
Chaque domaine d’application des
batteries au lithium a ses propres
exigences. L’analyse des risques au
cas par cas reste donc jusqu’à nouvel
ordre inévitable pour la recherche de
concepts de protection appropriés. La
manipulation ou le stockage des batteries au lithium exige par conséquent
des solutions sur mesure qui correspondent de façon ciblée à un certain
scénario d’application.
En plus des installations d’extinction
automatiques, les conditions limites
au niveau des bâtiments et de l’organisation doivent toujours être considérées dans leur globalité. Une analyse
individuelle est nécessaire pour des
concepts de protection efficaces avec
des installations sprinklers.
21
Détection incendie
Dans les zones où sont stockées ou utilisées les batteries au lithium, une détection précoce des incendies couvrant
toutes les surfaces est une priorité absolue. En tant qu’exigence minimale,
il convient de s’assurer que toutes les
zones dans lesquelles on manie des
batteries au lithium sont surveillées
en couvrant toutes les surfaces par un
système de détection incendie avec
transmission automatique d’alarme à
un centre occupé en permanence.
Pour lutter sur place de façon ciblée
contre les incendies, par ex. avec des
pompiers, une détection locale précise
de l’incendie dans l’entrepôt est nécessaire. La détection ciblée de l’incendie
est rendue difficile par les conditions de
ventilation dans l’entrepôt, de même
que par la circulation des transstockeurs.
Pour évaluer la détection incendie, les
produits de décomposition doivent
d’une part être analysés avec différents
scénarios de sinistres et la détection
doit être adaptée dans l’entrepôt en
fonction des conditions d’aération. En
cas de sinistres, on distingue deux cas :
nn Formation de fumées froides et de
gaz de décomposition plus lourds
que l’air (par ex. vapeurs d’électrolyte
et de solvants, chlorure d’hydrogène
des conduites en PVC, dioxyde de
carbone) en cas de développement
supposé lent du scénario de sinistres.
nn Formation de fumées d’incendie
avec des composants plus légers
que l’air (par ex. monoxyde de carbone, fluorure d’hydrogène).
Des exigences spéciales sont posées
en matière de signalisation d’incendies. La détection doit se faire aussi
bien dans la partie supérieure que dans
la partie inférieure de l’entrepôt. Pour
une détection incendie fiable, une détection au-dessus de la hauteur et de
la surface de l’entrepôt est nécessaire.
Prévoir éventuellement en plus un système d’aspiration des fumées (RAS) ou
un détecteur dans les conduits de ventilation pour l’air rejeté.
22
En outre, des exigences particulières
sont posées en matière de technique
de ventilation, en raison des éléments
spécifiquement lourds par rapport à l’air
: avec des gaz spécifiquement lourds,
il faut aspirer au niveau du sol de l’entrepôt, avec l’air entrant par le haut, et
avec des gaz spécifiquement légers, il
faut aspirer au niveau du toit, avec l’air
entrant par le bas. L’air sortant/entrant
doit être réversible. Le problème est
que l’on ne peut pas aspirer directement sur le lieu de formation, mais uniquement au niveau du sol ou du toit le
cas échéant. Dans le pire des cas, les
matières nocives sont aspirées dans
tout l’entrepôt avec les dépôts et les
contaminations correspondantes. Ce
risque peut être réduit en formant des
compartiments coupe-feu appropriés.
Installations d’extinction à l’eau
L’eau aide à limiter les effets des feux
de batterie au lithium et à contrôler
l’incendie. La projection d’eau réduit la
propagation et l’intensité de l’incendie
grâce à l’effet de refroidissement. Un
déclenchement le plus tôt possible,
une imprégnation complète et le refroidissement du produit en feu entraînent
une réaction nettement ralentie des
batteries au lithium et du développement de l’incendie.
Les installations sprinklers ou à eau
pulvérisée rapidement déclenchées
avec une projection d’eau élevée représentent une protection efficace. Là
où une installation d’extinction à eau
classique (par ex. sprinkler) est trop
lente ou dont le débit est insuffisant
dans certains cas, la technologie de
brouillard d’eau représente une solution possible. L’utilisation du brouillard
d’eau permet d’assurer un effet d’extinction et de refroidissement fiable
et d’empêcher en outre un retour de
flammes.
Installations d’extinction à gaz
Lors de l’utilisation de la technique
d’extinction avec des gaz liquéfiés (N2,
CO2), l’effet d’inertisation se répercute
en principe positivement. Cependant,
seule une faible quantité d’énergie
thermique peut être évacuée avec les
volumes de rinçage habituellement
utilisés.
Si l’on considère l’énorme libération de
chaleur occasionnée par un feu de batterie au lithium, un tel concept semble peu
adapté en raison de la liaison thermique
limitée comme dispositif d’extinction.
Inertisation permanente
Lorsque des installations d’extinction
ne sont pas prises en compte pour des
raisons économiques ou que d’autres
raisons empêchent l’utilisation d’une
installation d’extinction à eau, les
concepts de prévention des sinistres
doivent se concentrer sur la prévention
de tout départ de feu. A cet égard, la
technologie de réduction de l’oxygène
offre des solutions très prometteuses.
Le concept d’une inertisation permanente avec l’injection d’azote offre en
principe une possibilité de restreindre
le risque d’un départ de feu. L’injection
contrôlée d’azote dans une zone protégée permet d’abaisser la teneur en oxygène et d’éviter ainsi tout départ de feu
d’origine externe dans l’environnement
des batteries.
Toutefois, il convient de tenir compte
que le matériau cathodique utilisé sur
les batteries secondaires est composé
généralement d’oxydes métalliques
qui peuvent libérer de l’oxygène lié
chimiquement en cas d’incendie.
Cette formation d’oxygène supplémentaire place le concept d’une inertisation permanente devant de grands
défis. Il faut tenir compte également
des exigences accrues en matière
d’intégrité de la structure du bâtiment
avec un concept de protection sur la
base d’une inertisation permanente. Il
convient donc de vérifier dans chaque
cas si le concept d’une inertisation
permanente est adapté à l’application
concernée et si l’objectif de protection
peut être atteint avec cette technologie.
5 PRÉVENTION DES SINISTRES
EN FONCTION DES APPLICATIONS :
RÈGLES DE SÉCURITÉ ET MESURES DE
PROTECTION SPÉCIFIQUES AU PRODUIT
Les risques potentiels des batteries
au lithium sont déterminés d’un côté
par le produit lui-même et de l’autre
par ses performances. Les mesures
de protection et les règles de sécurité
doivent donc s’orienter également en
fonction de ces paramètres.
5.1 Dispositifs de protection et de surveillance sur la cellule
L’utilisation de dispositifs de protection
et de surveillance ou le contrôle de
l’état des cellules par des capteurs est
un critère de protection important :
nn Utilisation de résistances CTP ou
de thermistors CTP (Coefficient de
Température Positif) : composants
dont la résistance électrique est plus
importante lorsque la température
augmente afin de limiter le courant
de charge ou de décharge.
nn Utilisation du CID (Circuit Interrupt
Device ou Current Interrupt Device) :
le contact électrique est interrompu
vers un des pôles en cas de pression
de gaz à l’intérieur de la cellule (par
ex. suite à un début de surcharge et
à une température en hausse).
nn Utilisation de séparateurs shutdown : séparateurs trois couches
qui perdent leur porosité en cas de
montée de la température suite à
la fusion partielle d’une couche et
qui empêchent donc le passage du
courant.
Version 1 – Julliet / 2016 nn Utilisation de Safety Vent : point
de rupture théorique qui est activé
en cas de pression de gaz interne
conséquente et qui permet un dégazage contrôlé, empêchant ainsi tout
éclatement violent.
Le contrôle de l’état des cellules et
des processus de chargement et de
déchargement grâce à la mesure de
la tension des cellules, à la température, au courant de la batterie, à l’état
de charge permet la déconnexion du
système de batterie ou la coupure de
chaque cellule en cas d’apparition de
pannes relevant de la sécurité avec des
erreurs de l’utilisateur. Le système de
gestion de la batterie garantit que l’accumulateur peut encore être utilisé de
façon optimale avec des cellules vieillissantes, des capacités divergentes et
des résistances internes (« cell balancing »). En chargeant un grand nombre
de cellules, le risque d‘une surcharge
des différentes cellules par exemple
doit être évité. Les différentes cellules
présentent une dispersion de principe
et peuvent contenir une charge résiduelle très diverse. Les différentes
cellules peuvent donc atteindre plus
tôt que d’autres la tension maximale
durant le processus de chargement.
Une surtension ou un arrêt prématuré du processus de chargement peut
se produire sur certaines cellules. La
cellule la plus faible détermine le comportement de l’ensemble du système
de batterie. C’est pourquoi, une surveillance jusqu’au niveau des cellules
est nécessaire :
La prévention des erreurs électriques
et électroniques est associée notamment à la fonction de systèmes « intelligents » pour la surveillance et la commande des paramètres de la batterie.
23
5.2 Vélos électriques et pédélecs : exigences spéciales et mesures de sécurité
Contrairement aux stations de charge
des véhicules électriques, les chargeurs
des vélos électriques et des pédélecs
ne sont pas adaptés pour une utilisation dans tous les environnements.
L’utilisation des chargeurs en cas de
températures extrêmes ou dans des
environnements humides peut entraîner des états de fonctionnement dangereux et un incendie. Le chargement
de la batterie avec des chargeurs qui
n’ont pas été homologués par le fabricant peut causer également des états
de fonctionnement dangereux. Si des
matériaux combustibles se trouvent à
proximité des batteries ou des chargeurs, un feu peut très vite prendre de
l’ampleur s’ils s’enflamment ou chauffent fortement.
Les exemples de sinistres au cours
desquels des vélos électriques ou des
pédélecs sont impliqués à l’origine
montrent en partie qu’aucune surveillance des batteries n’est assurée par
un système de gestion de batterie
(BMS), notamment sur les vélos électriques de la classe de prix inférieure.
nn L’appareil ne doit pas se trouver à
proximité de matériaux combus-
24
tibles (stationnement, chargement,
etc.). Le chargement doit être effectué si possible dans un environnement dépourvu de charge calorifique.
nn Ne pas charger les batteries sans
surveillance, par ex. la nuit (surveillance de préférence par un détecteur incendie).
nn Protéger les batteries contre le gel.
nn Les chargeurs ne doivent être utilisés en général que dans un endroit
sec, par ex. la cave ou le garage,
une utilisation en plein air n’est
permise que si les chargeurs sont
protégés de l’humidité par des
conteneurs, des compartiments
étanches, ou autres ou si cela est
expressément autorisé par le fabricant (éviter cependant toute accumulation de chaleur suite au chargement des batteries dans des box
ou des compartiments trop petits
ou en raison de batteries ou chargeurs recouverts).
nn Lors du chargement dans des espaces clos, veiller notamment lors
du processus de chargement directement après l’utilisation à des
températures extérieures froides
à attendre au moins dix minutes
de façon à ce que l’accumulateur
s’adapte à la température ambiante.
Risque d’incendie en cas de choc
thermique lors du chargement.
nn Pour préserver l’accumulateur, les
cyclistes ne doivent pas le charger
à plus de 90 % et le décharger en
dessous de 10 %. En cas de non
utilisation des pédélecs durant une
période prolongée, par ex. en hiver,
éviter toute décharge profonde pour
une charge d’entretien ou toute
charge de soutien de la batterie.
nn Lors de l’achat, veiller toujours au
marquage GS. Le label garantit que
le fabricant a respecté toutes les
prescriptions de sécurité.
nn Charger le vélo électrique uniquement avec l’appareil d’origine et utiliser des accus et des chargeurs de
haute qualité.
nn Ne pas effectuer de modifications
techniques, ne pas manipuler notamment les dispositifs de sécurité.
nn Après une chute ou un accident faire
vérifier impérativement l‘accu. Les
détériorations à l’intérieur peuvent
déclencher un incendie – même à
une période ultérieure.
5.3 Stockage : batteries et produits fonctionnant avec une batterie
Batteries au lithium
de faible puissance
de puissance élevée
En font partie toutes les batteries à une
cellule et les petites batteries utilisées
principalement dans le domaine des ordinateurs, multimédia, petits appareils
électriques et petits outils, etc.
nn Pour les batteries de cette catégorie, aucune prescription de sécurité
spéciale ne s’applique, dans la mesure où toutes les instructions du fabricant et les emplacements garantissant la sécurité sont respectés.
nn Pour les quantités stockées plus importantes (volume supérieur à 7 m3
ou palettes à plus de 6 euros), les
indications concernant les batteries
au lithium-de puissance moyenne
s’appliquent.
Les batteries de cette catégorie se
caractérisent par une puissance particulièrement élevée. Les domaines
d’utilisation connus actuellement sont
principalement la mobilité électrique
(automobiles) ainsi que les gros appareils autonomes.
nn Les mesures relatives aux batteries
au lithium de puissance moyenne
s’appliquent aux batteries de puissance élevée comme exigence minimale.
nn Une analyse des risques au cas par
cas doit être effectuée en plus.
nn Les mesures de protection et les
concepts de protection incendie
doivent donc être adaptés de façon
ciblée au cas par cas et avec des solutions individuelles (sur mesure) au
scénario d’application.
de puissance moyenne
Les batteries de cette catégorie sont
utilisées par ex. pour les vélos à moteur électrique (pédélec, vélo électrique), scooter électrique, Light Electric Vehicle (LEV), outils de jardin plus
grands, divers petits véhicules et similaire, mais aussi comme modules pour
la fabrication de batteries de puissance
élevée.
nn Les batteries de puissance moyenne
doivent être stockées dans des locaux séparés résistants au feu ou
dans des zones séparées avec un
espace suffisant (par ex. entrepôt de
matières dangereuses, conteneur).
nn Les stockages mixtes avec d’autres
produits ne sont pas autorisés.
nn La zone de stockage doit être surveillée par un système de détection
incendie approprié relié à un centre
constamment occupé.
nn Pour les quantités stockées plus
importantes (surface occupée > à
60 m2 et/ou hauteurs d’entrepôt >
3 m), les indications concernant les
batteries au lithium de puissance
élevée s’appliquent.
Version 1 – Julliet / 2016 Dans un entrepôt avec des batteries
lithium-ion, on doit supposer en premier lieu en cas d’incendie un feu couvant avec une faible thermique et une
faible libération d’énergie.
En cas d’incendie d’une batterie lithiumion (par ex. court-circuit), des hydrocar-
Classification
bures aromatiques polycycliques (HAP)
cancérigènes, du fluorure d’hydrogène
et des dépôts de métaux lourds se
forment entre autres. Concernant une
réutilisation sans risque pour la santé
d’un bâtiment de stockage contaminé
par un incendie, une attention particulière doit y être apportée.
Les simulations de grands incendies du
secteur de l’assurance (FM Global et
prévention des sinistres VdS) ont montré que l’utilisation de l’agent d’extinction eau (en utilisant des additifs le cas
échéant) est adapté en général (bien
qu’au sein d’étroites conditions-cadre).
Pour protéger un entrepôt, une protection avec des buses de pulvérisation ou des sprinklers au plafond n’est
possible que dans une certaine limite
en raison des supports de charge prévus avec une disposition relativement
étanche, car ceux-ci ne garantissent
pas une projection d’eau suffisante
dans les zones dissimulées de l’entrepôt. De petites sections d’extinction
doivent être formées si possible sur
une installation d’extinction afin de
permettre une lutte précise et ciblée
contre les incendies et réduire les sinistres liés à l’eau.
Batterie lithium-métal
(ONU 3090)
Batterie lithium-ion
(ONU 3480)
Faible
Teneur totale en lithium ≤ 2 g
≤ 100 Wh par batterie
Moyenne
Lithium > 2 g par batterie
et ≤ 12 kg brut par batterie
> 100 Wh par batterie
et ≤ 12 kg brut par batterie
Élevée
Lithium > 2 g par batterie
et > 12 kg brut par batterie
Énergie nominale > 100 Wh
et/ou > 12 kg brut par batterie
Puissance
25
5.4 Transport : route, rail, eau, air
Les réglementations spéciales relatives aux marchandises dangereuses
doivent être respectées en général
pour chaque mode de transport. Les
bases des prescriptions relatives aux
marchandises dangereuses sont élaborées et spécifiées dans le « Règlement
type de l’ONU » par une commission
internationale (United Nations Economic Commission for Europe (UNECE).
Sur cette base, la mise en œuvre s’effectue aux conditions spécifiques des
modes de transport (route, rail, eau, air)
et selon la juridiction nationale. L’autorité compétente en matière de transport
en Allemagne est l’Office fédéral de recherche et d’essais sur les matériaux
(BAM).
Conformément aux prescriptions de
transport des Nations Unies relatives
aux marchandises dangereuses, toutes
les batteries lithium-métal et lithiumion sont classées comme marchandise
dangereuse de la classe 9 (produits et
objets dangereux).
Le transport des batteries au lithium est
soumis dans chaque cas à la législation
sur les marchandises dangereuses.
Les batteries lithium-métal ainsi que
les batteries lithium-ion sont classées
comme suit :
26
Mode
de transport
Organisation /
Accord
Réglementation
Transport
par route
UN Economic Commission
for Europe (UNECE)
Accord européen relatif au transport international
des marchandises dangereuses par route (ADR)
Transport par
rail
Intergovernmental Organization for International
Carriage by Rail (OTIF)
Regulations concerning the International Carriage
of Dangerous Goods by Rail (RID)
Transport
aérien
International Civil Aviation
Organisation (ICAO)
International Air Transport
Organisation (IATA)
ICAO Technical Instructions (TI)
Transport
maritime
International Maritime
Organization (IMO)
International Maritime Dangerous Goods (IMDG)
Navigation
intérieure
UN Economic Commission
for Europe (UNECE)
Accord européen relatif au transport international
des marchandises dangereuses par voies de
navigation intérieures (ADN)
Numéro ONU
Désignation et description
3480
BATTERIES LITHIUM-ION
(y compris batteries lithium-ion-polymère)
3481
BATTERIES LITHIUM-ION EN ÉQUIPEMENTS ou
BATTERIES LITHIUM-ION, AVEC ÉQUIPEMENTS EMBALLES
(y compris batteries lithium-ion-polymère)
3090
BATTERIES LITHIUM-MÉTAL
(y compris batteries en alliage de lithium)
3091
BATTERIES LITHIUM-MÉTAL EN ÉQUIPEMENTS
Ou BATTERIES LITHIUM-MÉTAL, AVEC ÉQUIPEMENTS EMBALLES
(y compris batteries en alliage de lithium)
IATA Dangerous Good Regulations (DGR)
Si les cellules lithium-métal présentent
une teneur en lithium supérieure à 1 g
ou les batteries lithium-métal plus de 2
g et si les cellules lithium-ion possèdent
une teneur en énergie nominale supérieure à 20 Wh ou les batteries lithiumion plus de 100 Wh, le colis doit porter
le symbole de la classe de marchandises dangereuses 9 (10 x 10 cm, sept
bandes noires sur fond contrasté) :
9
Si ces valeurs limites ne sont pas dépassées, la batterie peut être transportée en étant exemptée de la disposition
spéciale ADR 188 ou IATA-DGR Packing
Instruction 965, section II, le colis doit
cependant porter l’étiquette de manutention des batteries au lithium :
Les preuves conformément au manuel
de l’ONU Tests and Criteria, Part III,
Section 38.3 sont une condition préalable nécessaire à l’admission au transport des batteries au lithium :
nn Test 1 : simulation de hauteur (simulation d’une chute de pression
durant le transport aérien)
nn Test 2 : essai thermique (changements de température rapides et
extrêmes)
nn Test 3 : vibration (vibrations durant
le transport)
nn Test 4 : coup (simulation de chocs
possibles durant le transport)
nn Test 5 : court-circuit externe
nn Test 6 : impact / écrasement (détérioration mécanique)
nn Test 7 : surcharge
nn Test 8 : décharge forcée (décharge
profonde)
Pour le transport aérien, les dispositions relatives au transport et à l’emballage de l’IATA ‚‘Dangerous Goods Regulations‘‘ s’appliquent. A la différence
par ex. des autres directives ADR pour
la route, des dispositions supplémentaires compliquées ou des divergences
existent ici, non seulement dans
chaque état, mais aussi auprès des différentes compagnies aériennes.
Pour le transport des batteries
lithium-métal et lithium-ion dans les
bagages, on trouve par exemple dans
le Règlement relatif aux marchandises
dangereuses (DGR) de l’IATA les indications suivantes :
Permis
dans les
ou comme
bagages à
main
Permis
dans les
ou comme
bagages
enregistrés
Permis si cela
est emporté
avec soi pour
un usage
personnel
L’autorisation de la
compagnie
aérienne est
nécessaire
Le commandant de bord
doit être
informé de la
position de
chargement
Fauteuils roulants ou autres moyens de déplacement
fonctionnant avec des batteries humides ou des batteries
au lithium (pour les détails, voir 2.3.2.3 et 2.3.2.4).
NON
OUI
NON
OUI
NON
Moyens de déplacement fonctionnant avec des batteries
lithium-ion (pliables). La batterie lithium-ion doit être
retirée et transportée dans la cabine (pour les détails,
voir 2.3.2.4(d)).
OUI
NON
NON
OUI
OUI
Équipement fonctionnant avec des batteries lithium-ion, avec
batteries de plus de 100 Wh, mais ne dépassant pas 160 Wh.
OUI
OUI
OUI
OUI
NON
Batteries lithium-ion de rechange avec une énergie nominale OUI
supérieure à 100 Wh, mais ne dépassant pas 160 Wh
pour des appareils de l’électronique de divertissement.
Deux batteries de rechange maximum avec soi, exclusivement
dans les bagages à main. Ces batteries doivent être
sécurisées séparément contre tout court-circuit.
NON
OUI
OUI
NON
Toutes les batteries de rechange, y compris les cellules ou
les batteries lithium-métal ou lithium-ion, pour de tels
appareils électroniques portables, peuvent être transportées
uniquement dans les bagages à main. Ces batteries doivent
être sécurisées séparément contre tout court-circuit.
NON
OUI
NON
NON
28
OUI
Transport de batteries au lithium endommagées : le principe général est
que les batteries lithium-ion soupçonnées d’être défectueuses ou endommagées doivent être transportées de
façon spéciale. Si une des questions
suivantes est répondue par l’affirmative, les prescriptions de transport et
d’emballage relatives aux batteries défectueuses s’appliquent :
nn Les cellules de batterie présentent-elles un boîtier endommagé
ou fortement déformé ?
nn Du liquide s’échappe-t-il ?
nn Y a-t-il une odeur bizarre de gaz ?
Une hausse mesurable de la température se produit-elle à l’arrêt ?
Version 1 – Julliet / 2016 nn Y a-t-il des pièces en plastique fondues ou déformées ?
nn Distingue-t-on des câbles de raccordement fondus ?
nn Le système de gestion de batterie
(si présent) identifie-t-il des cellules
défectueuses ?
Les dangers, comme par exemple la
formation de gaz à l’intérieur du boîtier
de batterie, ne sont bien souvent pas
identifiables de l’extérieur. Un système
de batterie endommagé doit si possible
être déchargé lentement par un expert,
déposé plusieurs jours et observé. Le
mieux est de s’adresser au fabricant du
système de batterie.
Si l’expert ne peut pas exclure que les
cellules ou les batteries ne sont pas enclines dans des conditions de transport
normales à un démontage rapide, à une
réaction dangereuse, à la formation de
flammes ou à des émissions dangereuses de gaz ou de vapeurs toxiques,
irritants ou inflammables, elles devront
être acheminées uniquement dans les
conditions fixées par l’autorité compétente (Office fédéral de recherche et
d’essais sur les matériaux).
29
5.5 Élimination : recyclage et gestion des déchets
Les consommateurs sont tenus d’apporter les batteries dans un centre de
collecte adapté dans un commerce
ou la commune. Il est interdit de les
jeter avec les ordures ménagères.
Cette directive s’applique à toutes les
batteries, indépendamment de leur
type, de leur taille ou de leur application. Le taux de retour des batteries
plomb-acide est supérieur à 95 % en
Allemagne, le retour des batteries au
lithium est par contre insuffisant.
Les batteries lithium-ion usagées, non
endommagées (ONU 3480) et les batteries lithium-métal (ONU 3090) sont
reprises dans des conteneurs de collecte (entièrement déchargées et les
pôles collés). Les grosses batteries
au lithium usagées (batteries haute
énergie : par ex. vélos électriques,
ordinateurs portables, visseuses sans
fil) pesant plus de 500 g doivent être
recueillis séparément dans des conteneurs de collecte jaunes identifiables.
Pour les batteries haute énergie endommagées, des prescriptions de
transport particulières s’appliquent.
Les entreprises d‘élimination des déchets doivent répondre à une série
de défis concernant la collecte, la réintroduction et le recyclage. Lors du
contrôle visuel, on trouve des batteries
au lithium dans la livraison (identification et détection pas toujours faciles).
Le stockage s’effectue en partie aussi dans les entreprises de traitement.
La répartition des matériaux en vrac
est particulièrement problématique.
Risque d’incendie lors de la collecte,
du stockage et du recyclage de batteries usagées ou endommagées :
nn Contacts non protégés, charge résiduelle, emballage défectueux
nn Transbordement avec chargeur sur
roues et pince, déchiquetage dans
le broyeur
Même si pour les batteries qui ne sont
pas insérées dans des appareils, les
systèmes de collecte et les concepts
de réintroduction peuvent être assez
30
facilement mis en œuvre, les appareils électriques usagés avec batteries intégrées placent la gestion des
déchets devant de grands défis. Les
appareils électriques et électroniques
sont de plus en plus équipés de batteries haute énergie performantes à
teneur en lithium en tant que source
d’énergie primaire ou batterie d’appoint. Leur utilisation requiert des exigences de sécurité plus élevées lors
de la reprise des appareils usagés. Les
batteries sont ici souvent intégrées
solidement dans les appareils. Les
batteries à teneur en lithium des appareils électriques ont – surtout quand
elles sont endommagées – un risque
d’incendie élevé.
A cet égard, de nombreux exemples
d’incendies déclenchés par des batteries au lithium existent aujourd’hui
dans les déchetteries. La plupart des
incidents graves se produisent lors du
transbordement et du stockage. Les
causes d’incendie sont multiples :
nn « Inflammation spontanée » lors du
déballage de nouveaux composants
superposés (avec des batteries au
lithium). Cause : court-circuit dû à
une manipulation incorrecte.
nn Feu dans les débris. Cause : « inflammation spontanée » après endommagement (écrasement) de
composants électriques (avec batteries au lithium) par le chargeur sur
roues
nn Feu dans le broyeur. Cause : « inflammation spontanée » après déchiquetage mécanique de composants électriques (avec batteries au
lithium)
nn Feu dans un collecteur. Cause : « Inflammation spontanée », aucune influence externe
Il en résulte une série d’exigences visà-vis de différents destinataires :
nn Qualification : sensibilisation et formation sur les risques potentiels
particuliers des batteries au lithium
pour les personnes intervenant
dans tous les processus d’élimina-
tion (consommateur, transport, élimination, etc.).
nn Autorités d’agrément : la protection
des biens réels en tant que but de
protection similaire doit être déterminée en complément à la protection des personnes et de l’environnement.
nn Logistique de la collecte : réforme
de la logistique de collecte sans
transfert
nn Identification : marquage clair et
uniforme par les fabricants des
appareils dotés de batteries haute
énergie.
nn Information consommateur : indication sur les dangers et les précautions nécessaires lors de l’élimination des appareils et batteries
concernés.
nn Chaîne d’élimination : le dernier
propriétaire doit en principe retirer
les batteries de l’appareil électrique
(si possible) et les adresser séparément à la collecte.
nn Compagnies d’assurances : les porteurs de risques se focalisent de
plus en plus sur le calcul des primes
conformes aux risques (prime de sinistres) avec des concepts de couverture spécifiques aux entreprises
et exigent plus de responsabilité
propre de la part des entreprises
d’élimination des déchets (franchises plus élevées).
nn Transport : il ne doit pas y avoir de
« tolérance » vis-à-vis des transports qui seraient en fait des marchandises dangereuses et qui menacent réellement l’environnement
et la vie. Les fras ou les dépenses
supplémentaires ne sont pas des
arguments pertinents en cas de
danger pour l’environnement et la
vie.
nn Concepts de protection adéquats
avec mesures efficaces.
Lors de la recherche de concepts de
solution couronnés de succès pour
les centres de collecte et les entreprises de recyclage, il convient d’aspirer, au sens des concepts de pro-
tection conformes aux risques, à une
évaluation spécifique aux risques,
associée à des mesures réellement
efficaces. A cet égard, les batteries
au lithium doivent dans le meilleur des
cas être déjà identifiées et triées lors
de la livraison. Par conséquent, des
contrôles sévères à l’entrée doivent
être organisés lors de la livraison ainsi
qu’un tri continu sur la bande de triage
avant le broyage. Comme les batteries
au lithium sont de la même façon une
Version 1 – Julliet / 2016 charge calorifique et une source d’inflammation, la charge calorifique doit
être limitée. Cela se fait de préférence
par une séparation spatiale, une disposition modulaire des installations et
par l’isolement des emplacements de
stockage. Les mesures pour séparer
les matériaux en vrac brûlants sont importantes.
nn Dans le sens d’une protection efficace, la détection précoce des
incendies recouvrant la surface ainsi que les dispositifs d’extinction
automatiques sont des conditions
obligatoires pour qu’un concept de
protection puisse vraiment fonctionner. Malgré cela, il convient de
s’assurer qu’une source d’eau d’extinction aux dimensions suffisantes
(quantité de stockage et puissance
de pompage) est disponible compte
tenu de l’énorme charge d’incendie
dans les centres de collecte.
31
6 Perspective
Le plan de développement national Mobilité électrique qui prévoit que l’Allemagne sera leader sur le marché de la
mobilité électrique a été adopté par le
gouvernement fédéral allemand. 1 million de véhicules électriques doivent en
effet circuler sur les routes allemandes
d’ici 2020 (6 millions d’ici 2025).
Les besoins en batterie vont donc continuer à s’accroître à long terme et passer
selon une étude de Roland Berger d’une
capacité de 6,5 M de kWh aujourd’hui
à env. 130 M de kWh en 2020. La demande en installations de production
va augmenter en conséquence. Pour
préparer cette capacité de production,
des études sérieuses estiment que la
seule construction de nouvelles installations nécessitera un investissement de
4,8 milliards d’euros par an. Ces pronostics justifient les énormes efforts financiers et technologiques nécessaires pour
atteindre les objectifs optimistes dans le
domaine de la mobilité électrique.
De nouvelles technologies de stockage exigent de nouvelles technologies de charge : Comme pour les
besoins en accumulateurs d’énergie modernes, les besoins en stations de charge
vont fortement augmenter. A cet égard,
les conditions-cadre technologiques et
par conséquent aussi les exigences techniques en matière de sécurité des installations de charge des batteries change-
32
ront du tout au tout. Dans le sens de la
limitation des risques (et de la prévention
des sinistres), les questions suivantes
devront trouver une réponse :
nn Où sont installées (placées) ces stations de charge ?
nn Qui installera (exploitera) ces stations
de charge ?
nn Qui utilisera (se sevira de) ces stations de charge ?
En outre, de nouvelles formes de technologie de charge des batteries poseront de nouvelles exigences en matière
de sécurité de fonctionnement :
nn Chargement filaire (conductif) :
lors du chargement (filaire) du
courant alternatif, l’unité de charge
qui transforme le courant alternatif
disponible dans le réseau en courant
continu nécessaire à la charge est
située dans le véhicule. Lors du
chargement (filaire) du courant continu, l’unité de charge se trouve en
dehors du véhicule. Le véhicule est
alimenté directement par une station de charge DC avec un courant
continu exigé par le véhicule.
nn Chargement sans fil (inductif) : lors
du chargement inductif, le transfert
d’énergie s’effectue sans fil par un
champ électromagnétique semblable à une table de cuisson à induction
ou à une brosse à dents électrique.
nn Changement de batterie : lors d’un
changement de batterie, l’ensemble
du système de batterie est retiré de
la voiture et remplacé par un système de batterie chargé. Cette méthode d’alimentation en énergie permet
le remplacement d’une batterie
déchargée par une batterie entièrement chargée en quelques minutes.
Une infrastructure de charge sécurisée
a une influence déterminante sur le bon
fonctionnement de la charge, car la possibilité de charge pour les batteries est
basée directement sur le réseau d’alimentation ou sur l’installation électrique
du titulaire du raccordement d’un tel réseau d’alimentation. Dans les deux cas,
la garantie d’une sécurité de fonctionnement très élevée est la première priorité.
Grâce à la construction de stations de
charge dans le domaine privé comme
dans le domaine public et grâce à
l’extension d’une infrastructure de
charge, de nouveaux groupes d’utilisateurs devront se pencher sur le thème
de la sécurité des installations de charge
des batteries :
nn Installateurs électriques
nn Propriétaires d’une maison individuelle et propriétaires immobiliers
nn Administrateurs immobiliers et exploitants de parking
nn Personnel de l’administration publique
nn Architectes et urbanistes
nn Opérateurs de réseau et fournisseurs
d’énergie
7 Conclusion
Par principe, les batteries au lithium
et les technologies de charge correspondantes peuvent être considérées
comme relativement sûres en cas d’utilisation correcte et de manipulation appropriée. La technologie de fabrication
éprouvée ainsi que les mécanismes de
protection insérés dans la batterie permettent à l’utilisateur une manipulation
sans danger avec les accumulateurs
d’énergie chimique.
Il faut quand même rappeler que l’emploi de certains composés chimiques
associés à des densités énergétiques
élevées ainsi que des défauts techniques peuvent représenter des risques
potentiels spécifiques qui requièrent
une attention toute particulière en matière de sécurité.
Les batteries sont en principe destinées
à stocker de grandes quantités d’énergie et à réintroduire cette énergie stockée chimiquement au cours d’un processus de déchargement sous la forme
d’énergie électrique. Si une émission
incontrôlée et accélérée de l’énergie
stockée chimiquement se produit en
raison de défauts techniques ou d’une
mauvaise manipulation, cela se traduit
en général non pas comme une énergie électrique, mais comme une énergie thermique (!) : apparition d’un feu
(dommages matériels, corporels, pollution). Par conséquent, les risques lors
Version 1 – Julliet / 2016 de la manipulation et la préparation des
batteries au lithium dans la production
ainsi que lors du stockage représentent
un certain défi pour la protection incendie et la sécurité des personnes.
Ces défis demandent, au regard de la
croissance et de la propagation rapides
des systèmes de batterie modernes
et des technologies de charge correspondantes, des solutions rapides également.
Par principe, il est recommandé de
traiter les batteries au lithium comme
des produits dangereux lors de la fabrication, la production, le stockage et le
transport. Dans le sens d’une prévention efficace des sinistres, il convient
de mettre l’accent sur les mesures de
protection incendie concrètes dans le
bâtiment, notamment la mise en place
de mesures organisationnelles complètes.
Chaque domaine d’application des
batteries au lithium a ses propres
exigences. L’analyse des risques au
cas par cas reste donc jusqu’à nouvel
ordre inévitable pour la recherche de
concepts de protection adaptés. La manipulation ou le stockage des batteries
au lithium exige par conséquent des
solutions sur mesure correspondant de
façon ciblée à un certain scénario d’application.
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Le Dr. Michael Buser est Directeur de la société Risk Experts
Risiko Engineering GmbH, une entreprise internationale de
conseils en risques dont le siège principal se trouve à Vienne.
Après des activités de recherche de plusieurs années dans le
domaine des batteries au lithium, il a été responsable R&D et
chef du laboratoire Techniques d’application dans une entreprise produisant des « électrodes de batterie en carbone ». En
tant que membre de la commission GDV « Commission de
prévention des risques liés aux biens » (KSSV) et du groupe
de travail GDV « Détection incendie et lutte incendie (BEB) »,
il a assisté techniquement durant de nombreuses années les
compagnies d’assurance dans le domaine de la prévention
des sinistres. Aujourd’hui, il organise dans toute l’Europe, en
plus de ses activités de conseil dans les domaines risques
d’incendie et dangers de fonctionnement, des séminaires et
des programmes de formation.
Contact :
[email protected]
Le Dr. Jochen Mähliß est responsable de la Batteryuniversity GmbH, un Institut de contrôle accrédité qui s’occupe
entre autres des risques potentiels et des risques de sécurité
des batteries au lithium. C’est un membre actif dans de nombreux groupes de travail consacrés aux batteries au lithium et
dans des organes normatifs. En tant que spécialiste des marchandises dangereuses, c’est un interlocuteur compétent
dans toutes les affaires concernant le transport des batteries
au lithium.
Contact :
[email protected]
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batteries au lithium

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