« Elle est donnée pour deux mille cycles et je démarre soixante fois par an. Elle me fera cinquante ans. » Je l’ai entendue cet été, chez moi, d’un gars qui venait de monter une lithium sur un trail japonais. Son calcul est bon, et il se trompe quand même.
Une batterie lithium de moto, de scooter ou d’engin de jardin ne meurt presque jamais de ses cycles. Elle meurt du temps qui passe, de la température où elle le passe, et de l’état de charge dans lequel tu la laisses pendant ce temps-là. Cinq à huit ans sur une machine qui dort la moitié de l’année, beaucoup moins si tu lui appliques les réflexes du plomb. La bonne nouvelle, c’est que tout ça se vérifie chez toi avec un multimètre à vingt euros.
Un cycle, c’est une charge pleine et une décharge pleine, à 25 °C, sous presse
Le nombre imprimé sur la boîte sort d’un essai, et un essai a des conditions. Je suis allé les lire sur la fiche d’un fabricant de cellules plutôt que sur une page de revendeur : un élément lithium fer phosphate prismatique de grande diffusion, le LF280K d’EVE Power, 3,2 volts nominaux et 280 ampères-heures, fiche datée de mars 2021.
Son essai de cyclage tient en quatre lignes. L’élément est maintenu serré sous une presse de 300 kilos. Il est chargé jusqu’à 3,65 volts, puis déchargé jusqu’à 2,5 volts, à un demi-C, dans une enceinte tenue à 25 °C à deux degrés près. On recommence. On arrête le compte quand la capacité restante tombe à 80 % de celle du premier jour.
Rien de ce qui en découle ne figure sur l’emballage. Un cycle va du plein au vide : la recharge de trois pour cent que tu fais le dimanche soir n’en consomme pas un. La fin de vie annoncée ne dit pas que la cellule s’arrête, elle dit qu’elle a perdu un cinquième de sa capacité, et elle continue de travailler après. Et rien dans un scooter, sous une selle ou dans le châssis d’une tondeuse ne ressemble de près ou de loin à un élément serré sous presse à température constante.
| La ligne de la fiche | Ce qu’elle dit |
|---|---|
| Serrage pendant l’essai | l’élément tenu sous 300 kg de presse |
| Charge | jusqu’à 3,65 V, à un demi-C |
| Décharge | jusqu’à 2,5 V, à un demi-C |
| Enceinte | 25 °C, à deux degrés près |
| Fin du comptage des cycles | capacité tombée à 80 % du premier jour |
| Arrêt d’usage recommandé | capacité passée sous 70 % |
À 45 °C, le même élément tient 2 500 cycles au lieu de 6 000
La même fiche donne deux nombres pour la même cellule. Six mille cycles à 25 °C. Deux mille cinq cents à 45 °C. Même élément, même presse, même seuil d’arrêt à 80 %. Vingt degrés d’écart, et le compteur est divisé par deux et demi.
Ce seul écart règle la question des « 2 000 cycles » imprimés sur un emballage. Un nombre de cycles sans sa température ne veut rien dire. Deux fabricants qui affichent 3 000 et 2 000 ne se classent pas forcément dans cet ordre : si le premier a mesuré à 25 °C et le second à 45, c’est le second qui tient le mieux.
Et 45 °C, ce n’est pas un désert. C’est un coffre de scooter garé en plein soleil un après-midi de juillet. C’est une batterie calée contre un cylindre dans un cadre étroit. C’est une tondeuse remisée sous la tôle d’un abri de jardin, où j’ai relevé des températures que je n’aurais pas parié trouver en Sarthe. La chaleur ne se voit pas passer, personne ne la note, et elle ne se rattrape pas.
Essai mené à 25 °C 6 000
Essai mené à 45 °C 2 500
Nombre de cycles du même élément LiFePO4, même banc, même arrêt à 80 % de capacité.
Le compteur qui tourne vraiment, c’est le calendrier
Il y a deux vieillissements, et un seul dépend de ce que tu fais au guidon.
Le cyclage use la cellule quand elle travaille. Le vieillissement calendaire, lui, l’use pendant qu’elle ne fait rien. La couche de passivation qui s’est formée sur l’électrode négative au premier chargement continue de s’épaissir, et chaque fois qu’elle s’épaissit, elle piège du lithium qui ne reviendra jamais dans la partie. Ça tourne en permanence. Dans ton garage, dans un carton, sur l’étagère du magasin avant même que tu l’achètes.
Deux choses l’accélèrent : la chaleur, encore, et l’état de charge. Une cellule maintenue pleine vieillit plus vite qu’une cellule à moitié. Le fabricant que je citais plus haut ne le dit pas autrement : il demande de stocker ses éléments entre 30 et 50 % de charge, jamais pleins, entre 0 et 35 °C au-delà d’un mois, et il recommande de travailler entre 10 et 90 % plutôt que de taper les deux extrémités.
Alors le maintien de charge que tu laisses branché tout l’hiver, par habitude, parce que c’est ce qu’on fait au plomb. Sur une lithium, c’est le contraire de ce qu’il faut. Une plomb laissée à plat se sulfate et meurt ; une lithium laissée pleine et au chaud se fait grignoter six mois d’affilée. Deux chimies, deux réflexes opposés, et le réflexe du plomb est celui qu’on a tous dans les mains.
Ta batterie ne contient pas les ampères-heures qu’on t’a vendus
Regarde l’étiquette d’une lithium de moto. Elle annonce d’abord une référence de plomb et un « équivalent 10 Ah », puis, en plus petit, une capacité réelle de 4 ampères-heures. Les deux sont vrais. Ils ne parlent pas de la même chose. L’équivalence porte sur le courant que la batterie sait sortir d’un coup pour lancer un démarreur, pas sur l’énergie qu’elle contient.
L’énergie se compte en watts-heures : les ampères-heures multipliés par la tension nominale. Quatre ampères-heures à 12,8 volts, ça fait 51 watts-heures. La plomb de 10 ampères-heures à laquelle on la compare en fait 120. Tu embarques moins de la moitié de l’énergie, et c’est parfaitement normal : cette énergie ne sert pas à lancer le moteur, elle sert à tenir la veille électronique et l’éclairage quand l’alternateur ne donne pas.
Le watt-heure est le seul chiffre avec lequel on met deux machines en face l’une de l’autre. Le problème, c’est que presque personne ne l’affiche. Va voir du côté d’une autre machine à batterie : sur un robot de tonte, le constructeur n’annonce pas davantage de watts-heures, il annonce des minutes de tonte, soixante-dix ici, quatre-vingt-dix là, et un relevé modèle par modèle comme Quel Robot Tondeuse reprend ce chiffre avec sa source et sa date parce que c’est le seul que la marque publie. Une minute d’autonomie dépend de la hauteur de l’herbe. Un équivalent plomb dépend du démarreur d’en face. Ni l’un ni l’autre ne se compare à quoi que ce soit. Le watt-heure, si.
Prends les deux chiffres de ton étiquette et regarde ce qu’ils valent.
La tension de repos d’une lithium ne te dit presque rien
Sur une plomb, le multimètre est un instrument de mesure. 12,7 volts au repos, elle est pleine. 12,4, elle est à moitié. 12,0, elle est vide. Sept dixièmes de volt pour couvrir toute l’échelle, et une pente régulière au milieu : tu lis un chiffre, tu en déduis un état, tu décides.
Sur une lithium fer phosphate, non. Quatre éléments de 3,2 volts en série font 12,8 volts nominaux, et la courbe est plate. Entre 90 % et 20 % de charge, tout se joue dans quatre dixièmes de volt. Ton multimètre à vingt euros affiche deux décimales et dérive d’un centième quand la pièce se réchauffe. Autant lire l’heure sur une montre sans aiguille des minutes.
| Où elle en est | Plomb 12 V, au repos | Lithium fer phosphate 12,8 V, au repos |
|---|---|---|
| Pleine | 12,7 V | 13,4 V et plus |
| Environ 75 % | 12,5 V | 13,2 V |
| La moitié | 12,4 V | 13,1 V |
| Environ 25 % | 12,2 V | 13,0 V |
| Vide | 12,0 V | 12,8 V et moins |
| Toute l’échelle | 0,7 V | 0,6 V, dont 0,4 entre 90 et 20 % |
Ce que la tension de repos sait dire, ce sont les bords. Au-dessus de 13,3 volts, elle est pleine. En dessous de 12,8, elle est presque vide et il faut la recharger tout de suite. Entre les deux, elle est quelque part, et tu n’en sauras pas plus à la sonde. La mesure se prend au moins deux heures après avoir débranché le chargeur, sinon tu lis la charge de surface et pas l’état réel.
L’hiver ne l’empêche pas de démarrer, il l’empêche d’encaisser une charge
La différence avec le plomb tient dans une ligne de la fiche technique, et le vendeur ne la lit jamais à voix haute. Cette fiche donne deux plages de température, et elles ne sont pas symétriques : décharge de -20 à 55 °C, charge de 0 à 55 °C seulement.
Le froid ne l’empêche pas de travailler. L’essai à -20 °C, après vingt-quatre heures à cette température, rend encore au moins 70 % de la capacité nominale. Ta moto démarrera.
Charger sous zéro, en revanche, l’abîme pour de bon. En dessous de 0 °C, le lithium n’a plus le temps de s’insérer dans le graphite de l’électrode négative : il se dépose dessus à l’état métallique. La capacité ainsi perdue ne revient pas, et le dépôt peut croître en dendrites capables de percer le séparateur. L’INERIS, qui travaille sur ces batteries pour les pouvoirs publics, range la formation de dendrites de lithium métallique en cyclage à froid parmi les vieillissements dont il étudie l’effet sur la sécurité, et rapporte des essais où des cellules cyclées au froid se sont montrées plus réactives que des neuves lors d’un emballement thermique.
Ce que ça change à ta fin de saison. La batterie sort de la machine, en commençant par la borne moins. Elle se range hors gel, dans la maison et pas dans le garage. Elle se laisse autour de la moitié de sa charge, pas pleine. Et elle reste débranchée de tout chargeur, avec un simple coup de multimètre en janvier et une recharge si elle a baissé.
Ne la remets pas non plus sur le chargeur en sortant du garage un matin de février. Rentre-la, laisse-la revenir à température ambiante deux ou trois heures, et charge ensuite. Les modèles récents portent un boîtier de gestion qui refuse la charge sous zéro et te protège tout seul, mais beaucoup de batteries montées avant 2020 n’ont pas cette sécurité, et rien sur le couvercle ne te dit laquelle tu as dans les mains.
Le dernier point est celui qui tue le plus de batteries, et il n’a rien à voir avec la chimie. Une machine restée branchée continue de consommer : horloge, alarme, boîtier de gestion, dix à vingt milliampères en permanence. Sur 51 watts-heures, ça vide tout en deux ou trois semaines. Le boîtier finit par se déconnecter pour se protéger, et la cellule termine l’hiver sous sa tension de coupure. C’est exactement la même logique que pour une voiture qu’on laisse à l’arrêt, à ceci près que la réserve est dix fois plus petite.
Trois signes séparent une batterie finie d’une batterie seulement déchargée
Le premier, c’est la capacité qui ne tient plus. Tu la charges en entier, tu la reposes, et trois jours plus tard elle ne lance plus rien. Une batterie déchargée qu’on recharge redémarre normalement pendant des semaines. Une batterie finie retombe.
Le deuxième se lit au démarreur. Sur une lithium saine, la tension plonge pendant que le démarreur tourne, puis remonte tout de suite après. Si elle s’effondre et met plusieurs secondes à revenir, c’est la résistance interne qui a monté, et ça ne redescend jamais.
Le troisième est le plus trompeur : la charge qui se termine trop vite. Le chargeur annonce « pleine » au bout de vingt minutes alors qu’il lui en fallait deux heures il y a trois ans. Ce n’est pas une bonne nouvelle. Un des quatre éléments atteint sa tension haute avant les autres, le boîtier de gestion coupe pour le protéger, et le pack se dit plein en étant à soixante pour cent. Sur une batterie de moto scellée, ça ne se répare pas : ça se remplace.
Reste ce que je ne sais pas, et personne d’autre non plus. Les chiffres de cette page sont des chiffres d’élément, mesurés sur un banc ; aucun fabricant ne publie l’équivalent pour un pack de moto assemblé, avec son boîtier, ses soudures et la température qu’il subit réellement sous une selle. L’INERIS décrit en plus un point d’inflexion dans le vieillissement de ces cellules, au-delà duquel il s’emballe, et que personne ne sait encore prévoir de l’extérieur. Les cinq à huit ans que j’ai donnés plus haut sont donc un ordre de grandeur, tiré de ce que j’ai vu revenir sur l’établi depuis 2015. Pas une durée garantie par une mesure.
