Pourquoi une batterie externe peut-elle
prendre feu ?
Une batterie externe qui a gonflé au fond d'un sac, un smartphone laissé en charge toute la nuit près du lit — vous avez peut-être déjà vu passer une actualité du genre « on ne pensait vraiment pas que ça prendrait feu ». L'appareil fonctionne pourtant normalement au quotidien. Pourquoi cela arrive-t-il parfois ? Commençons par regarder ce qu'il y a à l'intérieur.
Une batterie externe est tombée par terre et a heurté un coin, sans laisser de trace visible. Elle se recharge normalement. « Ça a l'air d'aller, je continue à l'utiliser » — vous vous dites ça, et le soir même, vous la posez près de votre oreiller pour la recharger pendant votre sommeil.
Quelques heures plus tard, il arrive qu'un petit claquement se fasse entendre, puis que de la fumée s'élève rapidement. Entre la chute et le départ de feu, plusieurs heures, voire plusieurs jours peuvent s'écouler. « Elle marchait encore, donc tout allait bien » — cette logique ne tient pas toujours.
Pourquoi cela se produit-il ? La clé se trouve dans la structure interne de la pile.
Deux raisons seulement expliquent ce danger
À l'intérieur d'une batterie externe, une feuille côté pôle positif et une feuille côté pôle négatif sont enroulées ensemble très serré, baignées dans un liquide inflammable. Pour éviter qu'elles ne se touchent directement, une seule fine séparation, aussi mince qu'une feuille de papier, les sépare.
Un choc ou une charge inadaptée peut déchirer cette séparation. Le pôle positif et le pôle négatif se touchent alors directement, et un courant important circule. La chaleur produite accélère les réactions chimiques environnantes, qui produisent à leur tour encore plus de chaleur — un enchaînement se met en place.
C'est la combinaison de ces deux facteurs qui rend le départ de feu d'une batterie externe difficile à prévoir, et, une fois enclenché, difficile à arrêter. Regardons cela un par un, avec des images simples.
Raison 1 : l'intérieur d'une pile ressemble à un « gâteau roulé »
Si l'on ouvre une batterie externe, on découvre une structure de fines feuilles enroulées sur elles-mêmes, comme un gâteau roulé. Ces feuilles se répartissent en deux grandes catégories : celle du côté du pôle positif, et celle du côté du pôle négatif. Entre ces deux feuilles se trouve un liquide inflammable.
Si la feuille du pôle positif touchait directement celle du pôle négatif, l'électricité chercherait un passage et s'y engouffrerait d'un coup, créant un courant très important (un court-circuit). Pour l'empêcher, une seule fine séparation, aussi mince qu'une feuille de papier, est intercalée entre les deux feuilles. C'est grâce à cette fine couche que nous pouvons utiliser nos appareils en toute sécurité au quotidien.
Raison 2 : pourquoi cet échauffement est-il si difficile à arrêter ?
La chaleur produite par la déchirure de la séparation fait réagir davantage le liquide inflammable environnant. Cette réaction produit à son tour de la chaleur, qui accélère encore la réaction — un cercle où la chaleur appelle toujours plus de chaleur se met en place. Pour un feu de camp, couper l'air (l'oxygène) suffit à l'éteindre. Mais le matériau du pôle positif d'une pile a souvent la particularité de produire lui-même de l'oxygène au cours de la réaction : couper l'apport d'air extérieur ne suffit alors pas toujours à arrêter la réaction.
De plus, le feu ne se déclare pas forcément au moment même de la déchirure. Comme dans la scène du début, on observe des cas où l'échauffement progresse après le choc, et où le feu se déclare plusieurs heures, voire plusieurs jours plus tard. C'est pour cela que « ça va pour l'instant » ne garantit pas que « ça ira encore après ».
La déchirure de la séparation n'est pas due uniquement à un choc externe comme une chute ou un écrasement. L'utilisation d'un chargeur non certifié de mauvaise qualité, ou la charge/le stockage dans un endroit extrêmement chaud (comme l'intérieur d'une voiture en plein soleil), peuvent aussi faire croître à l'intérieur de fines excroissances métalliques qui finissent par endommager la séparation. Même sans dommage visible, la prudence reste de mise.
- Utilisez des chargeurs et câbles certifiés, portant par exemple le marquage PSE. Les produits de mauvaise qualité peuvent mal réguler le courant ou la tension.
- Évitez de recharger sous la couette, près de l'oreiller, ou sur un matériau inflammable. Rechargez plutôt dans un endroit où vous remarquerez tout de suite un problème.
- N'utilisez pas une batterie tombée, ayant subi un choc violent, ou qui a gonflé. Même sans dommage visible, l'intérieur peut être endommagé.
- Si vous remarquez une chaleur anormale, une odeur étrange ou un gonflement pendant l'utilisation ou la charge, arrêtez immédiatement la charge, débranchez l'appareil, et posez-le loin de tout objet inflammable, sur un plateau métallique ou du béton par exemple.
- Si de la fumée ou des flammes sont déjà présentes, n'essayez pas d'éteindre le feu vous-même : éloignez-vous immédiatement et appelez les secours.
- Rechargez votre smartphone ou votre batterie externe pendant 10 à 20 minutes en l'utilisant, puis touchez délicatement l'appareil
- Vérifiez s'il est « juste un peu tiède » ou « trop chaud pour être tenu en main »
En charge normale, l'appareil reste généralement « juste un peu tiède ». Connaître cette sensation habituelle aide à repérer la « chaleur anormale » évoquée plus haut. S'il devient trop chaud pour être tenu en main, arrêtez immédiatement la charge et débranchez l'appareil.
En résumé
Si une batterie externe peut prendre feu, ce n'est pas parce qu'elle est « fragile ». ①Son intérieur est fait d'un liquide inflammable et d'une fine séparation, et ②si cette séparation se déchire, un enchaînement où la chaleur appelle toujours plus de chaleur démarre — c'est la combinaison de ces deux facteurs qui peut mener à un résultat inattendu.
Un aspect extérieur intact ne garantit pas un intérieur intact.
Une pile endommagée peut prendre feu avec un décalage dans le temps.
Pour comprendre le principe même du stockage de l'énergie dans une pile, consultez cet article, qui l'explique en détail.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et lien avec les programmes scolairesDu collège aux matières universitaires spécialisées, chaque niveau est indiqué clairement
- CollègeNiveau du programme de sciences du collège
- LycéeNiveau des matières « chimie de base » et « physique de base » du lycée
- Lycée+Niveau « chimie » du lycée, ou contenu approfondi/encadré du manuel
- UniversitéContenu non enseigné au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (électrochimie)
- RechercheSujet qui n'est enseigné à l'université ni comme un fait établi, mais qui fait encore l'objet de recherches actives
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Batterie lithium-ion : le nom officiel des piles ayant la structure décrite dans cet article. On les trouve dans les smartphones, les batteries externes, les véhicules électriques, et bien d'autres appareils.
- Électrode positive et électrode négative : les termes officiels pour ce que l'article appelle « côté pôle positif » et « côté pôle négatif ».
- Séparateur : la « fine séparation » de l'article. Un film mince en résine qui empêche le contact direct entre l'électrode positive et l'électrode négative.
- Électrolyte : le « liquide inflammable » de l'article. Un liquide qui transporte les ions, généralement un solvant organique inflammable.
- Court-circuit : état où l'électrode positive et l'électrode négative se connectent directement, provoquant un courant important et soudain.
- Emballement thermique : le nom officiel de l'« échauffement qui ne s'arrête plus » de l'article. Un état où l'échauffement s'auto-entretient, faisant grimper la température sans cesse.
CollègeLycéeVérification par le calcul : quelle énergie contient une seule pile ?
Prenons l'exemple d'une batterie externe typique pour smartphone, et estimons la quantité d'énergie stockée à l'intérieur. Les unités utilisées ici sont mAh (milliampère-heure), V (volt), Wh (wattheure) et J (joule).
| En notation symbolique | W = Q × V (l'échauffement suit ΔT = W ÷ ( m × c )) |
| En mots | Énergie de la pile = quantité d'électricité stockable (capacité) × tension |
| D'où vient cette formule | Puissance = tension × courant, énergie = puissance × temps (niveau collège). Comme courant × temps donne la capacité, capacité × tension donne l'énergie. |
| W | Énergie stockée dans la pile (en wattheures, ou en joules) |
| Q | Capacité = quantité d'électricité récupérable (en ampères-heures) |
| V | Tension de la pile (en volts) |
| m・c | Masse d'eau chauffée (kg) et chaleur massique (environ 4200 joules par kg et par degré) |
| Capacité de la batterie | 3000 mAh (= 3,0 Ah, valeur typique d'un modèle courant) |
| Tension | environ 3,7 V (valeur typique d'une cellule lithium-ion) |
| Chaleur nécessaire pour élever de 1°C 1 L d'eau | environ 4200 J (valeur typique de la chaleur massique de l'eau) |
| Énergie (Wh) | 3,0 × 3,7 = 11,1 (Wh) |
| Conversion en joules | 11,1 × 3600 = 39960 (J) |
| De combien de degrés peut-on chauffer 1 L d'eau ? | 39960 ÷ 4200 ≒ 9,5 (°C) |
La batterie d'un seul smartphone contient donc, selon ce calcul, assez d'énergie pour élever la température d'un litre d'eau à température ambiante de près de 10°C. Ce calcul suppose une extraction idéale de l'énergie, mais le fait qu'une telle quantité d'énergie soit concentrée dans un composant de la taille d'une paume de main contribue, selon les experts, à la violence des incendies observés.
Lycée+UniversitéPour préciser la raison 2 : la chimie de l'emballement thermique
Lycée+Quand le séparateur se déchire et provoque un court-circuit, un courant important se concentre à cet endroit précis, faisant grimper localement la température. Cette hausse de température peut déclencher une réaction de décomposition du matériau de l'électrode positive.
UniversitéL'électrode positive de nombreuses batteries lithium-ion est faite d'un oxyde métallique. Au-delà d'un certain seuil de température, ce matériau se décompose selon une réaction qui libère de l'oxygène tout en produisant de la chaleur. L'oxygène ainsi libéré accélère encore la décomposition et la combustion de l'électrolyte environnant (un solvant organique inflammable). Même en coupant l'apport d'air extérieur, de l'oxygène continue à être produit à l'intérieur de la pile : l'idée classique d'« étouffer le feu en coupant l'oxygène » ne fonctionne donc pas toujours telle quelle. C'est l'une des raisons pour lesquelles on dit que les incendies de batteries lithium-ion sont difficiles à éteindre.
📖 Pour aller plus loin sur le fonctionnement des piles et l'emballement thermique : Wikipédia « Batterie lithium-ion » (édition japonaise)
UniversitéPourquoi le feu se déclare-t-il avec un décalage, et non immédiatement après le choc ?
À chaque cycle de charge et décharge, les ions lithium font des allers-retours entre l'électrode positive et l'électrode négative. Une charge rapide à basse température, ou des surcharges répétées, peuvent faire croître à la surface de l'électrode négative des aiguilles de lithium métallique, appelées dendrites. Ces dendrites grandissent peu à peu et peuvent finir, un jour, par percer le séparateur et provoquer un court-circuit. Si le feu se déclare parfois plusieurs heures ou plusieurs jours après le choc plutôt qu'immédiatement, c'est parce que le dommage et la croissance des dendrites progressent lentement avant d'aboutir, à un moment donné, à un court-circuit.
RechercheCe qui reste encore mal compris
La batterie lithium-ion est une technologie très répandue, mais certains aspects de sa sécurité font encore l'objet de recherches actives.
- Il n'existe pas encore de méthode établie pour prédire à l'avance quelle pile prendra feu, et quand. Des recherches sont menées sur des algorithmes capables de détecter précocement une anomalie à partir de légères variations de tension en charge/décharge ou de petites variations de résistance interne, mais leur intégration dans des produits réels reste, selon les experts, encore en développement.
- Le développement d'électrolytes difficilement inflammables n'est pas encore abouti. Des recherches portent sur des liquides difficilement inflammables destinés à remplacer les solvants organiques inflammables, ainsi que sur les « batteries entièrement solides » qui se passent d'électrolyte liquide, mais concilier performance et coût reste, selon les experts, un défi (les recherches sur le principe même du stockage de l'électricité sont aussi présentées dans un autre article).
- La raison pour laquelle, parmi des piles de même modèle, seules certaines prennent feu n'est pas totalement élucidée. On pense que d'infimes impuretés survenues lors de la fabrication, ou de légères variations dans le processus d'assemblage, jouent un rôle, mais l'ampleur exacte de ces facteurs déclencheurs continue de faire l'objet d'études.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce que l'on sait actuellement ». Les précautions présentées ici découlent logiquement des mécanismes expliqués, mais elles ne garantissent pas, à elles seules, d'éviter tout accident.
Lien avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences・bases du courant et des piles | Notion de base d'électrode positive et négative, figure 1 |
| Lycée | Chimie de base・piles et ions | Termes électrode positive/négative/électrolyte, calcul de l'énergie |
| Lycée+ | Chimie・réactions d'oxydoréduction (souvent traitées comme contenu approfondi) | Introduction à la décomposition de l'électrode positive et à la réaction exothermique |
| Université | Électrochimie・science des matériaux | Chimie de l'emballement thermique, croissance des dendrites et court-circuit |
| Recherche | Ingénierie des batteries・ingénierie de la sécurité (non résolu) | Détection précoce des anomalies, électrolytes difficilement inflammables/batteries entièrement solides, causes des variations individuelles |
| ― | Prévention・éducation à la sécurité | Utilisation de chargeurs certifiés, choix du lieu de stockage/charge, réaction en cas de signe anormal |
- Agence des incendies et des secours du ministère japonais des Affaires intérieures et des Communications (総務省消防庁), « Mise en garde relative aux incendies de batteries lithium-ion » (cas d'accidents en charge, principes de la réaction initiale).
- Informations sur les accidents de produits liés aux batteries externes et aux batteries lithium-ion, publiées par l'Agence indépendante d'évaluation technologique des produits (製品評価技術基盤機構, NITE).
- Explications sur la structure des batteries lithium-ion et le mécanisme de l'emballement thermique, telles que présentées dans les manuels d'électrochimie et d'ingénierie des batteries.
- Document de sensibilisation grand public du ministère japonais de l'Économie, du Commerce et de l'Industrie (経済産業省) sur l'utilisation sûre des batteries externes (incluant le système de marquage PSE).
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Pour toute situation réelle, suivez les consignes des pompiers, des collectivités locales et des fabricants. Les valeurs numériques indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du phénomène.