Le champ magnétique créé par l’aimantation de l’accumulateur

dont certaines caractéristiques techniques sont données dans le tableauD.1page176. Une photo de cet accumulateur est donnée sur la figure10.11page132.

Une autre source potentielle de champ d’induction magnétique due à l’accumulateur au lithium est son aimantation. Un accumulateur au lithium est constitué de différents matériaux dont certains ont une susceptibilité magnétique non nulle ou sont ferromagnétiques. Faisons ici un inventaire non exhaustif des différents éléments qui composent un accumulateur au lithium : • Les collecteurs de courants: ils sont constitués de Cuivre ou d’Aluminium selon l’élec-trode considérée. Le cuivre est un matériau diamagnétique tandis que l’aluminium est paramagnétique. Le cuivre a une susceptibilité de₋1_·10−5et l’aluminium de 2_·10−5[18]. Ces susceptibilités sont très faibles, on peut donc négliger l’effet de ces matériaux sur le champ magnétique.

• L’électrolyte: il s’agit d’un solvant organique amagnétique.

• Les disques collecteurs de courant: le disque de l’électrode positive est en aluminium. Il ne peut donc pas posséder d’aimantation propre. En revanche le disque de l’électrode négative est en nickel. Le nickel est un matériau ferromagnétique. Il peut donc présenter une aimantation importante, même en l’absence de champ magnétique extérieur.

10.3. PERSPECTIVES APPORTÉES PAR LE CHAMP MAGNÉTIQUE 127 • La matière active: l’électrode négative est constituée de graphite. Le graphite est une substance diamagnétique. À notre échelle, nous pouvons négliger son aimantation très faible. Concernant l’électrode positive, quelques recherches ont montré l’aspect antiferro-magnétique du FePO4 et du LiFePO4 ([1], [3] et [75]). Un composé antiferromagnétique est un composé dont la susceptibilité magnétique varie avec la température de manière non monotone. Il existe notamment une température, appelée température de Néel, propre à chaque matériau où la variation de susceptibilité avec la température change de signe. Au-delà de cette température, le matériau est paramagnétique et sa susceptibilité diminue avec la température. Dans [1] on peut trouver l’évolution de la susceptibilité du FePO4 avec la température pour différents taux d’insertion du lithium. Ces données sont présentées sur la figure10.6.

• Le boîtier: L’accumulateur est protégé par un boîtier en aluminium. Ce boîtier est relié à l’électrode positive.

Figure 10.6 – Évolution de l’inverse de la susceptibilité du FePO4 avec la température pour différents taux d’insertion (d’après [1]). Le casx= 1 correspond au cas où tous les sites d’inser-tion de lithium sont remplis, le composé est sous la forme LiFePO4. Cette courbe a été obtenue pour un champ d’excitation de 10Oe(800A.m−1). On note que la température de Néel passe de 125 K pour FePO4 à 50 K pour LiFePO4.

Cette énumération des composants d’un accumulateur permet de comprendre les phénomènes magnétiques qui peuvent intervenir dans un tel système : les deux éléments susceptibles d’ac-quérir une aimantation sont le nickel de l’électrode négative et la matière active de l’électrode positive.

La présence d’un disque collecteur de courant en Nickel confère à l’accumulateur la présence d’une aimantation rémanente au niveau de la borne négative. L’orientation et la valeur de cette aimantation dépendent de l’histoire du matériau. L’accumulateur étant traversé par des courants électriques importants, il est possible que l’aimantation du Nickel varie avec le courant traversé. La figure10.6donne la susceptibilité magnétique molaire en fonction du taux d’insertion de lithium dans FePO4 et de la température. Dans le cas de notre étude, nous nous intéressons uniquement à la température ambiante, soitT = 300K. Cette susceptibilité molaire est donnée

en unités SGS. Ramené à la quantité de matière de l’accumulateur LiFeBatt (tableauD.1page

176) et en unités internationales, cela donne les susceptibilités suivantes : χF eP O4 =χmolaire

F eP O4 ·cF eP O4 = 2_·10−3

χLiF eP O4 =χ^molaire_{LiF eP O4}·cLiF eP O4 = 2.5_·10−3 (10.3)

Oùc est la concentration molaire.

Les valeurs calculées pour les susceptibilités sont faibles à température ambiante. Elles sont toutefois environ 100 fois plus importantes que les susceptibilités magnétiques de la plupart des matériaux paramagnétiques. On peut donc considérer le FePO4 et LiFePO4 comme des matériaux fortement paramagnétiques. Cela signifie que leur présence aura pour effet d’être le siège d’une aimantation induite par le champ extérieur ou par le champ magnétique généré par le passage du courant électrique à proximité immédiate.

Il est intéressant de noter que la susceptibilité magnétique de cet élément actif varie avec le taux d’insertion de lithium, c’est-à-dire avec l’état de charge. D’après la figure10.6cette variation de susceptibilité est toutefois faible pour le début de la charge (entrex= 0 etx= 0.5).

Il est difficile de modéliser la contribution de l’aimantation sur le champ magnétique à l’extérieur de l’accumulateur tant les paramètres – et notamment l’histoire des matériaux – ayant une influence sur ce champ sont nombreux et difficiles à estimer. Cette section a toutefois permis de comprendre les différentes sources d’aimantation dans un accumulateur.

Afin d’avoir un ordre de grandeur de l’aimantation globale présente dans un accumulateur, en déplaçant un capteur de champ magnétique au dessus de l’élément LiFeBatt chargé, en l’absence de courant électrique nous avons réalisé une série de mesures. L’enregistrement consiste à mesurer la valeur du champ magnétique à chaque déplacement du capteur de 1 cm. Le capteur décrit une trajectoire rectiligne selon un axe parallèle à celui de l’accumulateur, situé à 4cmenviron au dessus de celui-ci à l’aide d’un banc de mesure (figure 10.7). Les résultats de ces mesures d’aimantation sont donnés sur la figure10.8.

Figure 10.7 – Banc de mesure utilisé pour les mesures de champ magnétique à proximité de l’accumulateur au repos

La figure 10.8 montre que l’aimantation de l’accumulateur génère un champ d’induction magnétique jusqu’à 3µT à 4 cmde l’accumulateur. On voit également que la contribution de

10.3. PERSPECTIVES APPORTÉES PAR LE CHAMP MAGNÉTIQUE 129

Figure 10.8 – mesure de l’induction magnétique générée par l’aimantation de l’accumulateur cylindrique en déplaçant un capteur le long de celui-ci. L’emplacement de l’accumulateur sur l’axe est représenté par transparence.

cette aimantation est la plus forte à proximité de la borne négative de l’accumulateur, là où se trouve le disque collecteur de courant en nickel.

10.3.3 Conclusions

Dans cette section, nous avons étudié les deux sources possibles de champ magnétique issues d’un accumulateur au lithium.

La première de ces sources est due au passage des courants électriques à travers l’accumu-lateur. On peut montrer par le calcul (annexe D) que ces courants génèrent des inductions magnétiques jusqu’à 60µT.

La seconde source de champ magnétique concerne l’aimantation de l’accumulateur. Nous savons en effet que celui-ci est constitué d’éléments ferromagnétiques (Nickel) et d’éléments pa-ramagnétiques. L’un des éléments paramagnétiques est l’électrode positive, dont la susceptibilité magnétique varie avec l’état de charge. Les mesures effectuées montrent que le champ magné-tique généré par un accumulateur au repos peut atteindre 3.5µT au voisinage de l’électrode en nickel.

accumulateur en fonctionnement (cycles de charges et de décharges).