Bientôt, les batteries au lithium-ion deviendront une des sources les plus courantes de stockage d'énergie électrique. Des billions de piles alimentent déjà à peu près n'importe quoi, des petites brosses à dents aux énormes véhicules électriques (VE) comme les camions. Ces batteries sont généralement sécuritaires, mais si elles sont défectueuses ou endommagées, un seul élément de batterie peut entrer dans un état qu'on appelle l'emballement thermique et entraîner une réaction en chaîne qui aboutira à un incendie ou à une explosion.
Heureusement, de tels incidents sont rares. En effet, la probabilité qu'une batterie au lithium-ion de qualité fasse défaut est plus faible que celle d'être frappé par la foudre au cours d'une vie (une chance sur 40 millions contre une sur 15 300, selon les statistiques de la National Oceanic and Atmospheric Administration sur les risques posés par les éclairs (en anglais seulement)). Un VE comporte habituellement des milliers d'éléments de batterie. Or, puisque la production de tels véhicules augmente de façon exponentielle et qu'on imagine sans cesse de nouvelles applications pour les batteries au lithium-ion, il est de plus en plus impérieux qu'on en vérifie la sûreté.
Mieux encore, le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) a mis au point un protocole d'essai pour étudier comment l'emballement thermique d'un seul élément de batterie peut se propager au reste du module ou du bloc-batterie. La méthode consiste à chauffer brutalement l'élément et à utiliser un mécanisme breveté par le CNRC pour suivre les effets en cascade qui secouent le bloc-batterie. Appelé TRIM (acronyme de Thermal Runaway Initiation Mechanism, ou mécanisme d'amorçage de l'emballement thermique), ce dispositif permet de tester les batteries au lithium-ion d'après la norme de sécurité internationale établie pour les VE (ISO 6469-1:2019/AMD 1:2022).
Les fabricants peuvent utiliser le TRIM pour jauger la sécurité de leurs modèles et produits, tandis que les chercheurs peuvent s'en servir pour étudier le phénomène de l'emballement thermique. Le dispositif aidera aussi les organismes de réglementation à élaborer des lignes directrices et des pratiques exemplaires en sécurité, ainsi que les propriétaires de VE commerciaux à s'assurer que leurs véhicules respectent les normes de sécurité.
Le CNRC prend la sûreté des batteries très au sérieux. « Nous avons investi énormément de temps et d'efforts à monter une équipe spécialisée qui se consacre entièrement à la sécurité et à la performance des batteries. C'est à elle que nous devons la réalisation de ce produit exceptionnel », a affirmé Guillaume Imbleau-Chagnon, gestionnaire principal du projet qui s'inscrit dans le programme Transports propres et écoénergétiques.
Contenir la menace
À l'Installation d'évaluation de la performance et de la sécurité des batteries, le TRIM constitue le moyen idéal pour mesurer les risques d'emballement thermique d'un système entier, car on peut l'adapter à toutes sortes de systèmes. Le dispositif recourt à un minuscule élément chauffant pour établir comment la batterie réagit à un réchauffement externe rapide et suivre la progression de l'emballement thermique d'un élément à l'autre dans le module ou le bloc-batterie du véhicule. L'onde de chaleur du TRIM traverse la paroi de l'élément de batterie sans la rompre, ni endommager les éléments voisins.
« Le mécanisme initial, créé en 2016, fonctionnait dans 90 % des cas, mais nous avons compris qu'il fallait l'adapter à d'autres applications spéciales et mettre au point une nouvelle version de l'élément chauffant », explique Steven Recoskie, agent de recherches dans l'équipe Essais et optimisation des batteries du Centre de recherche sur l'énergie, les mines et l'environnement. « Maintenant plus mince et plus souple, l'élément chauffant enveloppe l'élément de batterie, si bien qu'on peut le glisser dans des espaces très restreints. » Cela signifie que diverses industries — comme l'automobile, les forces militaires, l'aéronautique, la marine et le stockage de l'énergie — peuvent s'en servir.
Grâce au TRIM, les chercheurs peuvent aussi observer l'efficacité des mesures de sécurité dans un VE. « Cette technologie a pour principal avantage qu'on peut l'introduire dans un système entièrement fonctionnel sans que l'opération du véhicule en souffre, ajoute-t-il. Lors de plusieurs essais, nous avons retiré le bloc-batterie du VE, inséré le TRIM, réinstallé la batterie, démarré le moteur et conduit le véhicule sans qu'aucun signal d'avertissement ne se déclenche. »
Une solution de feu
La technique de chauffage rapide mise au point par le CNRC a véritablement « allumé » la planète, surtout depuis qu'on l'a intégrée à la norme internationale de l'ISO. Le TRIM a d'ailleurs été reconnu comme la méthode expérimentale la plus solide sur le marché. Entre autres, les établissements de recherche, les concepteurs de produits, les fabricants de piles et les constructeurs d'automobiles peuvent s'en servir.
Kyle Hendershot, ingénieur principal de l'élaboration de la réglementation chez Transports Canada, a appuyé l'inclusion de cette méthode à la norme de l'ISO. Il dirige aussi une délégation canadienne au Forum mondial de l'harmonisation des règlements concernant les véhilcules (WP.29) des Nations Unies.
« Les travaux du Conseil national de recherches du Canada ont été déterminants pour la position défendue par le Canada en ce qui concerne la sécurité des véhicules électriques, en général, et à l'emballement thermique, en particulier, affirme-t-il. L'industrie dispose maintenant d'un protocole d'essai qui n'exige qu'une modification mineure au véhicule et qu'on peut appliquer lors du développement de ce dernier comme dans les vérifications de sa conformité. » Par ailleurs, les perfectionnements conceptuels apportés aux VE les rendront plus sécuritaires sur la route.
Selon M. Imbleau-Chagnon, la demande de TRIM ne cesse d'augmenter avec la multiplication des batteries au lithium-ion et de leurs applications, dans la foulée des nouveaux véhicules et articles de consommation électriques qui inondent le marché. « Maintenant que grossit la clientèle du Conseil national de recherches du Canada, nous souhaiterions nous associer avec des fabricants pour répondre aux commandes de plus en plus volumineuses. »
Pour savoir comment devenir un partenaire du CNRC, envoyez un courriel à Peter Banks, à peter.banks@nrc-cnrc.gc.ca.
Contactez-nous
Relations avec les médias, Conseil national de recherches du Canada
1-855-282-1637 (sans frais, au Canada seulement)
1-613-991-1431 (ailleurs en Amérique du Nord)
001-613-991-1431 (à l'étranger)
media@nrc-cnrc.gc.ca
Suivez-nous sur X : @CNRC_NRC