Emballement thermique – risques des batteries électriques

En quoi consiste une batterie électrique ou batterie au Lithium ?

• une électrode positive (cathode), composée d’oxydes métalliques lithiés, tels que : Co/Ni/Al/Fe/Mn) ;
• une électrode négative (anode), composée de graphite ;
• un électrolyte liquide, contenant des ions lithium en grande quantité sous la forme d’un sel dissout dans une solution organique (inflammable) ;
• un séparateur poreux composé de polyéthylène ou de polypropylène. 

Quels types de défaillance peuvent être observées ? 

Les défaillances des batteries au lithium peuvent être d’origines multiples (facteurs environnementaux, mécaniques, électriques, problématique de conception, vieillissement calendaire et/ou vieillissement d’usage). Deux types de défaillances peuvent être observées :

• des défaillances dites « non-énergétiques » : Fuite d’électrolyte, gonflement de cellule, mise en route d’un mécanisme de désactivation ;
• des défaillances « énergétiques », phénomène dont l’emballement thermique est la résultante. 

En effet, différents composants d’une cellule de batterie électrique sont extrêmement réactifs. La majorité des électrolytes liquides sont combustibles et le lithium dans sa forme métallique est connu pour sa réaction violente lorsqu’il entre au contact avec l’air.

Mais comment l’emballement thermique se produit-il ? 

Les courts-circuits internes liés à une défaillance du séparateur sont en général la cause principale de l’emballement thermique.

Classiquement, celui-ci est décrit à travers un processus en 4 étapes : 

1. L’auto-échauffement avec des températures qui augmentent à partir de l’ambiant jusque environ 140-150°C. 

2. A compter de cette valeur, la décomposition thermique d’éléments constitutifs des batteries débute, notamment celle du séparateur, menaçant l’intégrité structurelle de la batterie. 

3. L’auto-inflammation de la batterie dépend alors des électrolytes utilisés, mais elle est souvent observée autour de 200°C. Elle se traduit alors par une très brusque élévation des températures et le développement très rapide d’une combustion vive, l’emballement thermique, et les réactions entre l’électrode et l’électrolyte se propagent.

L’emballement thermique est ainsi dû au percement et à la décomposition du séparateur se traduisant par un court-circuit électrique. Si la batterie contient d’autres cellules à proximité, l’emballement continuera et se propagera. 

4. La fin de la combustion, avec une baisse des températures, Cette dernière étape prend place lorsque tous les composants réactifs sont consumés, ou que l’incendie a pu être éteint. 

Cette défaillance et le court-circuit interne peuvent être associés à plusieurs typologies d’atteintes possibles :

• des atteintes mécaniques (écrasement, perforation, chocs, …) peuvent mener à des déchirures du séparateur.
• des atteintes électriques (court-circuit, surcharge ou décharge profonde) peuvent mener à la croissance de dendrite (cristaux) pouvant percer le séparateur. Ne laissez jamais vos appareils charger sans surveillance. Il est important de savoir que plus l’énergie stockée dans la batterie sera importante, plus la combustion sera puissante. 

• des atteintes thermiques (surcharge ou exposition à de fortes températures) peuvent mener à la fonte du séparateur. 

Quels signes pour reconnaître une batterie endommagée, et donc à risque d’emballement thermique ? 

• la batterie a un aspect difforme ; 
  
• elle a gonflé ; 
  
• elle est percée ; 
  
• l’électrolyte liquide coule de la coque de la batterie. 

Batteries au lithium, à l’origine de multiples incendies à travers le monde et en France 

Les faits divers des incendies liés aux batteries au lithium se multiplient. Ce 24 juin, 22 personnes ont trouvé la mort dans un incendie qui a ravagé une usine de batterie au lithium en Corée du Sud. Les témoins ont constaté que l’incendie avait été déclenché par une explosion en chaîne de 35 000 batteries sur le site. 

En France, en février 2024, un entrepôt dans l’Aveyron qui stockait 900 tonnes de batteries au lithium a pris feu. Heureusement sans victime, ce type d’incendie relève aussi des questions environnementales. 70 pompiers avaient été mobilisés et il a fallu une énorme quantité d’eau pour éteindre ce feu, tout comme l’incendie dans un lieu de stockage de 8 000 batteries au lithium à Grand Couronne près de Rouen en 2023. 

Les effets nocifs pour l’environnement sont davantage aggravés par les fumées toxiques liés aux métaux, mais aussi celles liées aux plastiques des batteries. D’ailleurs, le maire de Grand-Couronne a déposé plainte contre X pour obtenir réparation pour le préjudice environnemental subi sur la pollution de l’air et de l’eau, ainsi qu’un préjudice moral atteinte à l’image de la ville pouvant empêcher les gens de s’y installer. 

Les incendies liés à l’emballement thermique des batteries au lithium de voitures et trottinettes électriques augmentent également, et à ce jour aucun protocole n’est clairement établi pour éteindre le feu d’un véhicule électrique. Cette année en France, les incendies s’enchaînent : 

• le 16 mai 2024, explosion d’une voiture électrique à Blagnac dans un jardin, le feu se propage à la maison voisine ; 
• le 17 mai 2024, explosion d’une voiture électrique à côté d’une église à Collonges-la-Rouge ; 
• le 12 juin 2024, une voiture électrique garée devant le domicile de son propriétaire à Saint-Martin-lez-Tatinghem a pris feu sans être ni en charge ou en marche ; 
• le 13 juin, une voiture hybride a pris feu sur un parking à l’aéroport de Beauvais où l’intervention rapide des sapeurs-pompiers a permis d’éviter la propagation aux autres véhicules ; 
• le 6 juillet, 3 personnes blessées lors d'une explosion de trottinette dans une discothèque à Paris provoquant l'effondrement d'un mur et la chute d'un lustre dans la salle principale du club ; 
• le 31 août, 1 personne tuée et 8 personnes blessées lors d'un incendie provoqué par une batterie de trottinette dans un immeuble à Nice ;
• le 22 septembre, une habitation détruite suite à l'emballement thermique d'une voiture électrique en charge au moment de l'incendie à Tergnier dans l'Aisne. 

Et à l'étranger... 

Le 1er août une voiture électrique a pris feu sans raison apparente dans un parking souterrain en Corée du Sud (elle n'était pas en charge, ni accidentée au moment de l'emballement) et a détruit ou endommagé 140 véhicules dans le parking. Il a fallu 8 heures pour que les pompiers maîtrisent le feu, et plus de 200 familles ont dû être évacuées, avec plusieurs foyers ayant subi des coupures d'eau et d'électricité. 23 personnes ont dû être hospitalisées en raison des fumées nocives. 

Le 17 septembre 2024, à l'aéroport de Héraklion, une cigarette électronique a explosé dans le sac de sa propriétaire pendant l'embarquement. Les risques incendies des cigarettes électroniques sont déjà connus par les compagnies aériennes, et ils sont déjà interdits en soute depuis 2015 afin de limiter les risques liés à la surchauffe des batteries au lithium.

En savoir plus sur la composition des batteries électriques au lithium, existe-il des alternatives moins volatiles ?

Qu’arrive-t-il en cas d’explosion de batterie électrique en milieu confiné (ruelle, parking souterrain) ?