Les risques d’incendie des batteries lithium et les solutions

Les risques d’incendie des batteries lithium et les solutions

L’actualité nous rappelle régulièrement que nos engins à base de batteries lithium peuvent être dangereux. Aucun EDPM n’est épargné : trottinettes, gyroroues, skates électriques, tout y passe.

Le but de cet article n’est pas de faire peur, mais de vous faire prendre conscience de ce qui se passe dans votre pack batterie, des risques associés et de la conduite à tenir en cas de problème.

Les incendies de batterie lithium sont heureusement plutôt rares, mais les conséquences peuvent être assez dramatiques.

Quand l’incendie se déroule à l’extérieur, les dommages sont limités et la solution est plutôt simple : laisser brûler (tout en prévenant les pompiers).

Les soucis sont plus importants lorsque l’engin est dans un lieu clos comme le domicile ou le garage. Le risque de propagation de l’incendie est beaucoup plus important.

Autre précision, les fumées dégagées sont toxiques, il ne faut donc pas les respirer.

Si vous n’avez pas le courage de tout lire, passez directement à la conclusion !

 

La théorie

Plusieurs systèmes de protection existent pour les batteries lithium, et ils se situent à 2 niveaux : les cellules lithium et le BMS (Battery Management System, le circuit qui gère la charge et éventuellement la décharge des cellules).

Les cellules lithium

Les cellules sont équipées de différentes protections en fonction du fabricant et de la gamme.

Un incendie de cellule part du principe d’un emballement thermique qui va se dérouler dans la cellule. Cette réaction va entraîner une forte génération de gaz inflammables à l’intérieur de la batterie concernée et ces gaz vont être évacués soit par un évent prévu à cet effet, soit par l’explosion de l’enveloppe de la batterie. Les métaux entrent ensuite en fusion et se consument.

Des évents de sécurité permettent par exemple le dégazage pour limiter cet emballement (évents & CID).

Des fusibles internes sont aussi présents pour couper en cas de température trop importante (PTC).

Source 1 / Source 2

 

Le BMS

C’est une carte électronique qui s’occupe de gérer la charge, et éventuellement la décharge, des cellules et de vérifier certains paramètres de fonctionnement (intensité de décharge, tension minimale, température du pack…). Leurs fonctionnalités évoluent en fonction du prix. Certains permettent même de lire toutes ces informations sur le smartphone (appelés Smart BMS).

Ils limitent grandement les risques d’emballement.

Exemple de fonctionnalités :

image2

Source

La réalité

Les cellules

Pour économiser un peu d’argent, certains fabricants réduisent le nombre de protections au sein des cellules. Ceci augmente donc les risques en cas de problème sur une d’entre elles.

Les cellules sont souvent produites par des industriels renommés (Sony, LG, Panasonic, Tesla …), mais même chez ces industriels, elles sortent des chaînes de productions avec différentes qualités (grade A/B/C) qui peuvent jouer sur leur durabilité… mais pas sur leur sécurité.

D’autres fabricants, moins connus et moins sérieux, n’hésitent pas à produire des cellules ne contenant pas toutes les sécurités (UltraFire par exemple). L’achat d’un EDPM avec des cellules en provenance d’un industriel sérieux limitera donc les risques. Pour les autres, c’est un peu la roulette russe.

 
Le BMS

Comme expliqué dans le chapitre précédent, derrière le terme BMS peut se cacher plus ou moins de fonctionnalités et de contrôles des batteries. Certains fabricants n’hésitent pas à mettre des cartes beaucoup plus simples qui ne font que gérer la charge (et pas la décharge), et ne contrôlent pas tous les paramètres internes du pack.

Chaque fonctionnalité manquante engendre un risque plus important si un défaut de cellule apparaît.

Encore une fois, un fabricant d’EDPM sérieux intégrera un BMS de qualité qui saura maîtriser les défauts des cellules et éviter l’emballement.

 

La cause des incendies

Un petit avertissement, si vous n’y connaissez rien dans le domaine, nous vous déconseillons de fabriquer ou modifier un pack de batterie.

Les causes de l’emballement thermique peuvent être multiples : tension trop élevée, surcharge, surintensité, court-circuit interne à la cellule ou externe, température trop élevée, pack endommagé physiquement, charge après une décharge profonde…

Quelques exemples à ne SURTOUT pas reproduire dans cette vidéo :

Le pôle des mesures physiques et sciences de l’incendie du LCPP explique les éléments suivants :

Les batteries Li-ion combinent la mise en œuvre d’électrodes fortement oxydantes et réductrices en contact avec un électrolyte organique inflammable. Les électrodes, notamment l’électrode positive, peuvent devenir instables à des températures élevées (> 200 °C). De plus, les solvants composant l’électrolyte possèdent des pressions de vapeurs relativement importantes à des températures modérées.

Des conditions inhabituelles et/ou abusives d’utilisation (surcharge, court-circuit, présence d’une source de chaleur extérieure …) peuvent donc provoquer des augmentations brutales de température pouvant conduire à des feux, explosions ou dégagements de produits toxiques. La température à l’intérieur d’une cellule est déterminée par l’équilibre entre la chaleur générée et celle dissipée par celle-ci.

Lorsqu’une cellule atteint une certaine température (en général de l’ordre de 130 à 150 °C), des réactions chimiques exothermiques se produisent entre les électrodes et l’électrolyte, ce qui contribue à augmenter d’autant plus la température. Si la chaleur produite ne peut pas être dissipée suffisamment par la cellule, les réactions s’accélèrent alors, provoquant une augmentation rapide de la température, pouvant conduire au phénomène d’emballement thermique. Les batteries ont une faible capacité à dissiper la chaleur et sont donc fortement sujettes à l’emballement thermique.

La pression générée par la vaporisation de l’électrolyte peut ensuite conduire à des défaillances mécaniques à l’intérieur de la cellule pouvant provoquer la rupture de son enveloppe extérieure.

Cette perte de confinement est alors à l’origine de fuite de l’électrolyte, produit toxique, inflammable et corrosif, sous forme liquide, mais également gazeuse. Les vapeurs ainsi générées et mélangées avec l’air peuvent alors former une atmosphère explosive (ATEX). Celle-ci est susceptible de s’enflammer au contact d’une source d’inflammation du type étincelle ou surface chaude, souvent présente à l’intérieur d’un véhicule. Il en résulte alors une explosion provoquant des effets thermiques et des effets de pression.

De plus, les sels d’électrolyte dégagent des fumées particulièrement toxiques et corrosives contenant du phosphore, du fluor et du lithium.

En cas de chauffage externe, l’emballement thermique est inéluctable, quel que soit l’état de charge électrique de la batterie, si la source de chauffage externe n’est pas interrompue à temps.

Autre point, plus la batterie est chargée, plus la puissance de l’incendie sera forte.

Source

 

Les pompiers

Les types de batteries lithium sont assez variés et la facilité avec laquelle elles s’emballent et s’éteignent sont assez variées :

  • Les lithium-ions (type 18650) sont assez délicates à maîtriser ;
  • Les lithium-polymères sont encore plus délicates à maîtriser ;
  • Les lithium-fer-phosphate (LiFePo4) ne prennent pas feu.

Les pompiers ont des procédures différentes pour chaque type de véhicule (source).

Voici des tests réalisés par les pompiers sur l’extinction des véhicules électriques :

Pour les lithium-ions, ils arrosent avec beaucoup d’eau jusqu’à refroidir suffisamment les cellules et arrêter la fusion des métaux qui la composent. Il est important que l’eau aille dans le compartiment et le pack de la batterie pour réaliser l’extinction.

Il est à noter qu’un dégagement de fumées important est à prévoir.

Pour les lithium-métal-polymères, ils ne semblent pas avoir de solution si ce n’est de laisser brûler…

Le sable est aussi souvent évoqué pour étouffer l’apport d’oxygène et arrêter l’incendie.

“Une des caractéristiques d’un emballement thermique de batterie Li-ion est la possibilité de ré-inflammation du pack concerné, après un délai pouvant dépasser les 24h.

Il conviendra donc, de mettre en oeuvre les solutions techniques susceptibles de limiter un tel phénomène, s’il devait se produire, et/ou empêcher ce phénomène de se produire.

Même si la solution de l’isolement des éléments impactés est envisageable, l’immersion des éléments li-ion est la solution la plus efficace.” (source ENSOSP).

 

“Lors d’un emballement thermique de batterie Li-ion, un dégagement sous forme gazeuse se produit. Ce gaz, très corrosif et toxique, est caractérisé par une odeur âpre et irritante.”

Source

 

Les solutions proposées par les industriels de la sécurité incendie

Conscients des problèmes, les industriels de la sécurité incendie produisent des moyens de protection et d’extinctions.

Le détecteur de fumées

Ils sont maintenant obligatoires dans les logements, mais il est conseillé d’en avoir un au plus proche de l’endroit où vous chargez votre EDPM.

Le début de l’emballement thermique provoquera de la fumée, ce détecteur vous avertira donc dès le début du problème et vous laissera plus de temps pour réagir… surtout si le problème apparaît en pleine nuit.

Un détecteur classique fera parfaitement l’affaire.

La couverture anti-feu

C’est une couverture ignifuge (qui ne prend pas feu) et qui permet d’asphyxier les combustibles, tout en limitant les dommages autour de l’incendie.

Assez connues dans le monde du modélisme et du DIY (Do It Yourself), sous forme de pochette pour les LiPo, ces couvertures commencent à apparaître dans de plus grands formats pour envelopper des EDPM ou des voitures.

Elles peuvent supporter les très hautes températures des batteries en fusion sans être endommagées.

Source

 

Les extincteurs

Les extincteurs classiques se révèlent assez inefficaces contre ces types d’incendie. Il faut à minima un extincteur de type D (pour feux de métaux), mais même ceux-ci ont des capacités assez limités sur ce type d’incendie.

De nouveaux extincteurs font leur apparition pour les feux à base de lithium. Le principe est d’avoir une matière assez fluide pour aller enrober chaque cellule ou le pack, la refroidir et l’asphyxier tout en ne se vaporisant pas trop rapidement au contact des très hautes températures des cellules. Ces extincteurs casseront les flammes et pourront arrêter l’emballement thermique. Vous pourrez ainsi limiter les dégâts dans votre logement.

La société Eurofeu recommande, pour ces extincteurs LithEx dédiés aux incendies au lithium, une capacité de 2 l pour les EDPM.

Source 1 / source 2

 

Assurance

Dans le cas où l’incendie prend naissance dans votre EDPM, les dommages causés aux tiers seront pris en charge par la responsabilité civile de votre engin. Votre contrat habitation n’a vocation qu’à couvrir les dommages causés par l’incendie ayant pris naissance dans le logement assuré.

Si vous n’êtes pas couvert par un tel contrat, et que vous ne pouvez pas payer les dégâts occasionnés, c’est le Fond de Garantie des Assurances Obligatoire (FGAO) qui prendra en charge les dommages, mais vous devrez le rembourser avec 10% de plus.

 

Conclusion

Limiter les risques et être prévenu d’un problème
  • Avoir un détecteur de fumée à proximité de votre emplacement de charge ;
  • Si vous le pouvez, retirer tous les objets inflammables autour de l’EDPM ;
  • Acheter un engin dans des marques reconnues, qui ont un certificat de conformité européenne et pour lesquels des tests de qualité électrique auront été effectués ;
  • Eviter de laisser son appareil en charge sans surveillance (vous pouvez utiliser une prise commandée qui laissera votre engin charger un certain nombre d’heures) ;
  • Si vous le pouvez, utiliser une couverture anti-feu en préventif lors de la charge ;
  • Ne pas modifier la partie électrique de votre engin si vous ne savez pas exactement ce que vous faites ;
  • Ne pas dépasser les courants de charge maximum autorisés par le constructeur ;
  • Ne pas dépasser la tension de charge prévue par le pack ;
  • Si votre engin a subi un choc important, faites le vérifier par un professionnel.
Si vous sentez une odeur désagréable qui sort de votre EDPM
  • Débrancher immédiatement toute source d’alimentation ;
  • Si aucune flamme n’est apparue, mettez votre EDPM dans un lieu isolé et ne l’utilisez plus ;
  • Si vous avez un extincteur tel que cité au dessus, essayer de les utiliser SANS VOUS METTRE EN DANGER.
Si un feu se déclare
  • APPELER LES POMPIERS ;
  • Débrancher immédiatement toute source d’alimentation ;
  • Ne pas déplacer son EDPM, les matières en feu sont souvent projetées et peuvent atteindre plus de 500°C ;
  • Ne pas l’arroser avec de l’eau à moins d’avoir une lance à incendie (ce qui semble peu probable chez vous) ;
  • Si vous avez un extincteur tel que cité au dessus, essayer de les utiliser SANS VOUS METTRE EN DANGER ;
  • Ne pas respirer les fumées toxiques ;
  • Si c’est en intérieur, sortir du logement en prenant soin de refermer la porte après vous.
Après un problème
  • Même une batterie qui a été maîtrisée après un emballement risque un nouvel emballement, toujours isoler l’EDPM dans un lieu où elle ne présentera pas de risque.

Nous remercions l’Etat Major des pompiers de Paris, les sociétés Eurofeu, Isoguard, Prevsecurite62 et Wizzas pour les informations fournies.

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François Deslandes

Architecte système d'information / Habite à Paris / La trot est mon moyen de locomotion principal / Président de l'ANUMME

2 pensées sur “Les risques d’incendie des batteries lithium et les solutions

  • 25/07/2020 à 10:57
    Permalink

    Le problème c’est que même si on prends toutes les précautions, si on est en appart, il y aura toujours le risque que des voisins possèdent des chinoiseries au rabais et provoquent un incendie. J’arrête pas de prévenir les gens de ne jamais laisser des appareils en charge quand ils sont absents et d’éviter les hoverboard ou autres engins noname premiers prix sur internet mais bon…
    Déjà que le risque zéro n’existe pas avec les produits fabriqués dans les normes, j’ai failli avoir un incendie il y a quelques années avec un Compex (Appareil à électrodes haut de gamme) qui était en charge, puis je sens une odeur de chaud et il s’est mis à biper (défaut de charge) sauf qu’il n ‘y a eu aucune coupure ou sécurité qui s’est enclenchée et ça continuait à charger tranquille, l’appareil commençait à fondre et même après avoir tout débrancher j’entendais la batterie bouillir !!!

    Si je n’avais pas été présent ou au toilettes 5 minutes, c’était un départ de feu ou une explosion.
    Depuis je ne laisse plus aucun appareil en charge sans surveillance et je débranche les chargeurs de mes EDPM dés qu’ils ont été utilisés.
    Faites gaffes 😉

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