Grâce aux recherches en électrochimie et aux expériences menées sur de nouveaux composants, les prochaines générations d’ordinateurs et de téléphones portables feront le plein d’énergie moins souvent, et pour plus longtemps.
C’est au mois de mars prochain que sortira, en France, la PSP, la toute nouvelle console portable de Sony. Un joli joujou technologique, doté d’un processeur suffisamment puissant pour lire de la vidéo… mais à l’autonomie beaucoup trop faible pour diffuser un long métrage en entier ! Un défaut symptomatique des batteries actuelles. Téléphones 3G, PDA, ordinateurs portables, baladeurs vidéo ou MP3 : les batteries peinent, de plus en plus, à les alimenter dans de bonnes conditions. Mais les constructeurs redoublent aujourd’hui leurs efforts pour développer les modèles de demain.
Une recette vieille de deux siècles
Il faut dire que les chercheurs ont pris énormément de retard. Depuis 1800, date de la mise au point de la première batterie par Alessandro Volta, le principe de fonctionnement n’a pas varié. Ces équipements (appelés aussi accumulateurs) sont des systèmes électrochimiques servant à stocker l’énergie électrique et capables d’être rechargés, contrairement aux piles. Elles restituent, sous forme de courant électrique, l’énergie générée par des réactions chimiques. Une anode (qui fait office de pôle positif) et une cathode (pôle négatif) sont plongées dans un électrolyte (une substance, souvent liquide, jouant le rôle de conducteur). Dès que l’anode et la cathode sont reliées entre elles, par un fil conducteur ou un circuit électrique ‘ fermé ‘, des réactions chimiques se produisent dans la batterie. L’anode se met à ‘ perdre ‘ des électrons (des petites particules élémentaires chargées négativement), qui se dirigent alors immédiatement vers la cathode à travers le circuit externe : c’est ce flux d’électrons qui forme le courant électrique. Dans le même temps, des ions positifs (des atomes ou des molécules comprenant plus de protons que d’électrons, et donc chargés positivement) circulent dans la batterie depuis l’anode vers la cathode, à travers l’électrolyte.Plus la réaction chimique est forte, plus le flux d’électrons est important et donc plus la batterie est puissante. Problème : cette puissance dépend, à la fois, de la surface occupée par les électrodes et du volume d’électrolyte disponible. En clair, lorsque l’on tente de réduire l’encombrement de la batterie la tendance actuelle pour des questions évidentes de portabilité , on réduit très fortement la quantité d’énergie disponible. Cependant, il suffit de se remémorer les premiers portables commercialisés pour constater les progrès effectués au cours de ces dernières années en termes d’autonomie, de poids ou de durée de vie (nombre de cycles de recharges possibles), etc.
Ingrédients variés
Les plus anciennes générations de téléphones et d’ordinateurs portables reposaient sur des batteries utilisant des composants en nickel cadmium (NiCd, cadmium pour la cathode, hydroxyde de nickel pour l’anode, hydroxyde de potassium et eau pour l’électrolyte), une technique allemande utilisée dès la Seconde Guerre mondiale. Capables d’alimenter un ordinateur portable durant environ une heure, ces batteries présentent plusieurs inconvénients. Outre la toxicité de leurs métaux, elles pâtissent de l’‘ effet mémoire ‘, qui les conduit à perdre une partie de leur capacité de stockage dès qu’elles ne sont pas vidées en totalité avant d’être rechargées. Elles ont toutefois vite été remplacées par les batteries au nickel hydrure métallique (NiMH) : les nouveaux matériaux utilisés pour les électrodes ont alors permis de gagner 40 % en capacité, pour le même encombrement. Mais c’est au milieu des années quatre-vingt-dix, au Japon, qu’est effectuée la principale avancée en la matière, avec les batteries au ion-lithium (ion-li, du nom des ions qui transitent entre l’anode en graphite lithium et la cathode en cobalt). Elles ne connaissent aucun effet mémoire et s’imposent très rapidement, en offrant un gain d’autonomie de 68 % par rapport au NiMH, pour un poids plus faible de quelque 20 %. Dès 1997, elles sont déclinées en lithium-polymère (li-polymère, avec une anode toujours en graphite/ lithium, mais avec une cathode en manganèse ou spinelle, et des sels de lithium pour l’électrolyte). Au lieu d’utiliser un électrolyte liquide, les chercheurs emploient ici un gel malléable en polymère, qui permet, de fait, de concevoir des batteries extrêmement légères et adaptables à n’importe quelle taille ce sont elles qu’on retrouve, par exemple, dans les iPod, les baladeurs numériques d’Apple.Pourtant, les batteries au lithium commencent à montrer leurs limites : dangereuses, fragiles, sensibles aux différences de températures, elles peinent à fournir suffisamment d’énergie aux nouveaux appareils nomades. En attendant leurs successeurs, tout est fait pour réduire la consommation desdits appareils. La chasse aux économies est ouverte.
