Explosion en milieu confiné des batteries électriques

Le second objectif est de réduire les conséquences sur les personnes et les infrastructures en cas d’explosion. En effet, les chargements induits par ces explosions peuvent provoquer l’effondrement partiel ou total d’infrastructures. 

Incendies et/ou explosion ?

Si les risques liés aux batteries électriques ont été étudiés depuis plus de dix ans, c’est l’aléa incendie qui a majoritairement été décrit, avec des directives claires pour la conduite des opérations de secours en fonction de la nature de l’électrolyte. En milieu confiné, ces incendies sont assez voisins de ceux qui peuvent toucher les véhicules thermiques.

En revanche, l’aléa explosion, bien qu’identifié dans les différentes études, n’est pas aussi bien caractérisé et ne fait l’objet d’aucune mesure spécifique (à l’exception de l’éloignement). Le terme source peut être varié (fumées chaudes « classiques », fumées blanches « froides » au niveau du sol), de même que l’évènement déclencheur (souvent un incendie, mais parfois un démarrage qui semble « spontané »). On note que ce phénomène, assez rare, est cependant très vulnérant, y compris pour les batteries de faible capacité.

Comme pour toute explosion, l’aléa en milieu confiné est bien plus dangereux qu’en champ libre :

• les zones de danger sont plus étendues dans un environnement « bidimensionnel » (ruelle, parking souterrain), et pire encore en milieu « monodimensionnel » (tunnel, couloir…) ;
• les réflexions multiples de l’onde de choc conduisent à des sollicitations complexes pour lesquelles les modèles de conséquences sont souvent inopérants, ce qui nécessite des études poussées pour déterminer les effets réels sur les structures, les équipements et les personnes ;
• le phénomène de pression quasi statique, causé par l’échauffement des gaz présents dans le milieu confiné sous l’effet des réactions exothermiques, est également un phénomène très vulnérant, qui dépend pour une explosion donnée du ratio entre la masse de la charge et le volume de la pièce. Ce phénomène sera donc exacerbé dans les milieux de faible volume, comme les garages particuliers.

Ce projet se focalisera principalement sur les batteries de véhicules électriques ; sans négliger les batteries de moindre capacité, en particulier utilisées dans les mobilités douces (vélo à assistance électrique, trottinettes, etc.). En effet, ces batteries sont majoritairement rechargées dans des locaux professionnels confinés ou au domicile et sont également susceptibles de causer des aléas de type incendie et explosion.

Expérimentations à deux échelles

Certains mélanges de gaz (« fumées chaudes » ou « fumées froides » - gaz denses) dégagés par les batteries électriques sous l’effet de différents phénomènes sont susceptibles d’être initiés par une source d’énergie et de transiter vers une déflagration et dans certains cas une détonation. L’objectif des expérimentations est dans un premier lieu d’identifier le « terme source » caractéristique de l’aléa explosion à partir de données de la littérature et de calculs thermochimiques. Le terme source ainsi évalué sera utilisé à la fois pour la simulation numérique et pour la simulation expérimentale des événements redoutés.

Une première phase d’expérimentation en maquettes à échelle réduite représentative de configurations réelles (parking, tunnel…), complétée par des essais à plus grande échelle, sera analysée par simulation pour identifier des moyens d’atténuation envisageables « par conception » (phénomènes à cinétique rapide) ou comme solution d’urgence (phénomènes à cinétique lente) lors de l’intervention des services de secours. Une deuxième campagne expérimentale permettra de tester le concept d’atténuation à petite puis à plus grande échelle afin de quantifier les performances du système.

Modélisation et simulation

Il s’agira d’une part de restituer les expérimentations précédentes de manière numérique, depuis la simulation numérique de l’effet de souffle jusqu’aux conséquences potentielles sur des éléments de structure ; et d’autre part de définir et dimensionner un concept d’atténuation efficace à partir des enseignements de la phase expérimentale. Enfin, un modèle opérationnel rapide sera prototypé à partir des résultats expérimentaux et numériques.

Diffusion et communication

Les bénéficiaires potentiels identifiés sont :

• les gestionnaires d’infrastructures, avec en priorité les parkings hors voirie (souterrains) et les tunnels routiers, mais également les infrastructures de transport de véhicules électriques (camions et trains pour véhicules à livrer, ferries…). Les syndics d’immeubles possédant des parkings souterrains sont également concernés ;
• les services de secours ainsi que les collectivités territoriales (en charge de l’aménagement des territoires et de l’urbanisme) et les préfectures ;
• le grand public, pour effectuer des campagnes de sensibilisation massive aux risques liés aux batteries électriques, y compris à domicile.