Emballement thermique – risques des batteries électriques

Les composants chimiques 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 3 étapes de l’emballement thermique

1. L’auto-échauffement avec des températures qui se situent entre 50°C et 140°C.

Dans le cas des batteries au lithium, le début du changement de température peut être attribué à :

• une surcharge de la batterie (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 ;
• une surchauffe liée à un défaut de production de la batterie au lithium, ou ;
• une surchauffe d’une batterie endommagée, par exemple suite à un choc.

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

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

2. L’emballement à partir de 140°C jusqu’à 850°C.

Une fois que la membrane interphase à l’électrolyte solide (SEI) est brisée (à environ 90°C), le séparateur à l’intérieur de la batterie commence à se décomposer et à fondre. L’intégrité structurelle de la batterie est maintenant compromise et les réactions entre l’électrode et l’électrolyte se propagent.

L’emballement thermique commence lorsque l’électrode négative touche l’électrolyte (entre 100°C et 120°C) et les réactions chimiques deviennent encore plus sévères et sont accompagnées d’un dégagement de chaleur intense et de gaz.

Dès que l’électrode positive est touchée (vers 140°C), l’emballement thermique est davantage exacerbé. La cellule subit des courts circuits en son intérieur provoquant des fortes températures internes localisées qui augmentent la réaction en chaîne incontrôlée de l’emballement thermique.

L’électrolyte s’enflamme, suivie par une explosion et l’émission de gaz nocifs sous forme de fumée blanche. Si la batterie contient d’autres cellules à proximité, l’emballement continuera et se propagera.

3. La terminaison de 850°C jusqu’à la température ambiante.

Cette dernière étape n’arrive que lorsque tous les composants réactifs sont consumés, ou que l’incendie a pu être éteint par des tiers.

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 victimes, 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 foisonnent pour les propriétaires de voitures électriques également, et à ce jour aucun protocole n’est clairement établi pour éteindre le feu d’un véhicule électrique. En deux mois en France, les incendies s’enchaînent :

• le 16 mai 2024, explosion d’une Renault Zoë 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 en Corrèze ;
• le 12 juin 2024, une voiture électrique garée devant le domicile de son propriétaire a pris feu sans être ni en charge ou en marche ;
• et 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.

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) ?