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Les batteries au plomb

Dossier - Métal : le plomb
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Le plomb est à la base d'inventions diverses (fil à plomb, caractères d'imprimerie, batteries), il est utilisé dans de nombreux secteurs mais présente aussi une toxicité importante.

  
DossiersMétal : le plomb
 

On utilise le plomb pour les batteries, d'où l'interdiction de les jeter directement dans les poubelles. Ces batteries au plomb doivent être traitées spécifiquement.

Batterie de voiture. © Vladislav Kochelaevs - Fotolia
Sur l'emballage de cette batterie au plomb, il est indiqué (en symbole) qu'elle ne doit pas être jetée dans une poubelle classique, à cause de la présence de plomb. © DR

Composition moyenne (en masse) d'une batterie

  • Sulfate de Pb : 24,5 % 
  • Oxyde de Pb : 16 % 
  • Alliage de Pb : 21 % 
  • H2SO4 : 24 % 
  • Polypropylène : 7,7 % 
  • PVC : 3,8 %

Principe de la récupération des batteries

  • Casse des batteries
  • Triage des sels de Pb, alliages de Pb,
  • Le polypropylène est recyclé. Le polypropylène recyclé est destiné, à 50 % à des pièces automobiles, à 30 % à des conteneurs horticoles.
  • Réduction des oxydes par CO à 800-1.200 °C
  • Déchloration par Na2CO3 
  • Désulfuration par Fe, dans des fours réverbère, à cuve ou rotatif
  • Obtention de Pb d'œuvre avec 0,2 à 10 % de Sb, 200 à 400 g Cu/t, 200 à 800 g Sn/t
  • Raffinage -> Pb doux à 99,97 % ou alliages : Pb-Sb, Pb-Sb-As, Pb-Sb-Sn
Marché mondial annuel : 250 millions de batteries (9 millions en France). En 10 ans, la durée de vie des batteries a été multipliée par 2 et la quantité de Pb utilisé a diminué de 12 à 8 kg. Trois types de batteries en % du marché mondial :
  • SLI (starting, lighting and ignition) (80 %) utilisées pour les véhicules automobiles à traction non électrique 
  • de traction (15 %) utilisées pour les véhicules électriques
  • stationnaires (5 %) utilisées en appoint du réseau électrique

Principe de fonctionnement d'une batterie

PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e PbSO4 + 2H2O avec E° = + 1,685 V

La matière active est sous forme de pâte de poudre très fine (acide sulfurique et d'eau, transformée par électrolyse en dioxyde de Pb à la plaque + et en Pb spongieux à la plaque -.

La matière active est déposée sur des grilles en alliage de Pb. L'alliage (4 à 5 % de Sb) a de bonnes qualités mécaniques, mais Sb de la grille + a tendance à passer en solution et à se redéposer sur la plaque.

La surtension moindre de Sb/Pb entraîne un dégagement de H2 qui décharge la batterie (autodécharge) et consomme de l'eau. L'alliage Pb-Ca permet d'éviter la consommation d'eau mais du fait de la formation d'une couche passive sur la plaque + gênant la charge après décharge complète, cet alliage n'est utilisé que pour la grille.

La grille + est en alliage à 2 % de Sb. L'électrolyte est de l'acide sulfurique à 4 à 5 moles/L. Les matériaux des séparateurs entre compartiments + et -, en papier cellulosique imprégné de PVC, sont remplacés par des fibres de verre ou du polyéthylène poreux, afin de diminuer la résistance interne de la batterie. - Pb représente 1/5 du prix d'une batterie.

Remarque : les plaques positives des accumulateurs sont constituées d'une grille en alliage de Pb sur laquelle est déposée du dioxyde de Pb (PbO2). La litharge est utilisée, en partie, pour la fabrication de cet oxyde qui se forme lors de la première charge de la batterie.

Producteurs de batteries : N°1 français (53 % du marché) et européen (40 % du marché) Exide Europe (américain) qui, en 1995, a acheté le n°1 français, la Compagnie européenne d'accumulateurs (CEAC) et le n°3 européen Tudor (Espagne). N°2 européen, 25 % du marché, Varta-Bosch (Allemagne).