Piles au lithium-ion : manipulation et stockage sécuritaires

Les piles au lithium alimentent de nombreux objets d’usage quotidien. On les utilise de plus en plus dans tous les domaines, des téléphones intelligents aux scooters, en passant par les outils électriques et les machines. À plus grande échelle, on les utilise dans les systèmes de stockage d’énergie qui fournissent de l’électricité d’appoint aux entreprises de services publics et aux installations commerciales.                                 

Bien que les piles au lithium-ion présentent de nombreux avantages – longue durée de vie, énergie constante et légèreté, pour n’en nommer que quelques-uns – elles présentent aussi des risques d’incendie et d’explosion¹.

À l’heure où l'utilisation des piles au lithium-ion se généralise et où les installations en dépendent de plus en plus pour leur propre alimentation électrique, les entreprises doivent examiner de près la façon de se protéger.

Pour commencer, voici e brève description des piles au lithium, des risques qu'elles présentent et des moyens de les atténuer :

Qu’est-ce qu’une pile au lithium?

La notion de « pile au lithium » désigne une ou plusieurs cellules lithium reliées électriquement. Les cellules lithium emmagasinent et libèrent de l’énergie en convertissant l’énergie chimique en énergie électrique à l’aide d’ions de lithium ou de lithium métal².

Les piles au lithium métal ne sont généralement pas rechargeables. Elles sont souvent utilisées dans des biens de consommation comme les calculatrices, les stimulateurs cardiaques, les systèmes de verrouillage de véhicules à distance et les montres³. Les piles au lithium-ion, qui sont rechargeables, sont utilisées dans des appareils comme les téléphones mobiles, les véhicules électriques, les ordinateurs portables et les outils électriques, de même que dans les équipements de manutention comme les chariots élévateurs à fourche^4,5.

Quels sont les risques?

Les piles au lithium-ion sont généralement sécuritaires, mais comme tout dispositif de stockage d’énergie, elles comportent des risques pour la santé et la sécurité. L’emballement thermique – un phénomène pouvant provoquer une surchauffe – est souvent considéré comme étant le principal danger que représentent les piles au lithium-ion⁶.

En cas d'emballement thermique, la température et la pression à l'intérieur des cellules de la pile augmentent plus rapidement que la chaleur ne peut être dissipée. Cela peut se produire pour de nombreuses raisons, telles que des sources de chaleur externes (par exemple, des flammes nues et des appareils de chauffage), des courts-circuits ou des dommages à la pile ⁷. Les dommages peuvent aussi découler d’un impact physique (p. ex., chute ou perforation), d’une charge incorrecte ou d’une exposition à certaines températures (chaleur excessive ou températures inférieures au point de congélation)⁸.

L'emballement thermique peut entraîner la libération de liquides et de gaz corrosifs, inflammables et toxiques, qui peuvent être nocifs pour les personnes. Une explosion ou un incendie peut être provoqué par la chaleur intense et les liquides et gaz inflammables de la pile⁹.

Comment les installations qui utilisent et stockent du lithium-ion de façon limitée peuvent-elles atténuer les risques?

La réduction des risques liés aux piles au lithium-ion passe notamment par une réflexion globale sur l'utilisation, le stockage, le transport et l'élimination des piles. Voici quelques recommandations :

• Les piles au lithium-ion doivent être stockées à des niveaux de charge inférieurs à 50 %. Les batteries entièrement chargées ont une densité énergétique plus élevée et risquent davantage de générer une chaleur importante en cas de court-circuit dû à des défauts internes. Les piles doivent également être stockées à des températures se situant entre 4 et 27 degrés Celsius¹⁰.
• Établissez des distances minimales entre les stations de recharge de piles et toute matière combustible. Les stations de chargement des piles de grand format doivent être à une distance d’au moins un mètre (3 pi.) des autres matières combustibles. Les piles de petits formats, comme celles qui sont utilisées dans les outils électriques, doivent être placées sur une surface ferme à au moins 30 cm (1 pi.) des matières combustibles¹¹.
• Inspectez régulièrement les piles pour déceler tout signe de dommage (p. ex., gonflement, fissure, sifflement, fuite ou augmentation de la température). En cas de signes de détérioration, mettez la pile hors service en toute sécurité et jetez-la dans un bac résistant au feu, à l’écart des autres piles usagées^12,13.
• Veillez à ce que les systèmes de ventilation et de protection contre l’incendie de votre lieu de travail respectent les dispositions législatives en vigueur, y compris les codes de construction et les codes de prévention des incendies, ainsi que la réglementation en matière de santé et de sécurité au travail¹⁴.

Qu’est-ce qu’un système de stockage d’énergie sur piles?

Un système de stockage d’énergie sur piles permet d’emmagasiner l’énergie produite par les sources renouvelables, comme le solaire et l’éolien, pour l’utiliser lorsque le besoin s’en fait le plus sentir, p. ex., durant une panne d’électricité causée par une intempérie. Les piles au lithium-ion constituent la technologie de choix pour les installations de grande envergure afin d’aider les réseaux électriques à assurer un approvisionnement fiable en énergie renouvelable¹⁵.

Au Canada, cette technologie émergente fait partie des programmes gouvernementaux d’énergie propre. Par exemple, un nouveau projet de stockage sur piles en Ontario – Oneida Energy – vise à aider la province à se doter d’un « approvisionnement en électricité fiable, abordable et propre ». L'installation de stockage prélèvera et emmagasinera l'électricité à l’extérieur des heures de pointe et la restituera au réseau électrique lorsque la demande d'électricité sera plus forte¹⁶.

Les systèmes de stockage d’énergie sur piles recèlent également des applications prometteuses dans le secteur commercial. Les bâtiments commerciaux et les usines pourront mettre en place leurs propres systèmes de stockage d’énergie pour alimenter leurs installations durant les pannes et réduire leurs coûts d’électricité. Les entreprises peuvent réaliser des économies en retirant de l’énergie du réseau pour l’emmagasiner dans des piles pendant que les coûts horaires sont faibles, puis réutiliser cette énergie emmagasinée pendant que les coûts du réseau sont élevés (un concept appelé « écrêtement des pointes »)¹⁷. Selon McKinsey & Company, les systèmes de stockage d’énergie sur piles auraient le potentiel de réduire les coûts énergétiques dans une proportion pouvant atteindre 80 %¹⁸.

Quels sont les risques liés aux systèmes de stockage d’énergie sur piles?

Les incendies provoqués par l’emballement thermique constituent la principale préoccupation relative aux systèmes de stockage d’énergie sur piles. Ce phénomène peut découler de dommages physiques, de défauts de fabrication, d’une mauvaise utilisation et de températures de stockage trop élevées. Le stockage d’un grand nombre de piles multiplie les dangers en la matière. Un incendie provoqué par une seule pile peut créer une réaction en chaîne de défaillance des piles pouvant mener à une explosion si un nombre suffisant de piles tombent en pane et produisent de la chaleur et des gaz¹⁹.

Comment les organisations peuvent-elles atténuer les risques?

La National Fire Protection Agency (NFPA) et d’autres organisations spécialisées proposent de nombreuses normes, lignes directrices et recommandations à l’égard des systèmes de stockage d’énergie sur piles. Les entreprises sont invitées à consulter des ressources exhaustives comme la norme NFPA 855 (norme pour l’installation d’un système fixe de stockage d’énergie) et la norme UL 9540 (norme pour a sécurité des systèmes et équipements de stockage d’énergie), de même que les renseignements fournis par leurs partenaires d’assurance et d’autres experts.

Voici quelques recommandations pour prévenir les incendies :

• Une stratégie d’intervention précoce consiste à se doter d’un système de gestion des piles permettant de prévenir les dommages aux cellules des piles en cas de surcharge. Un système de gestion des piles calcule aussi la charge restante des piles, en plus d’en surveiller la température et de déceler les courts-circuits et les connexions défectueuses. Si le système détecte une anomalie, il arrête la pile, protégeant ainsi les cellules contre les dommages. Un système de détection des gaz peut également être utilisé pour arrêter les cellules défectueuses, activer un système de ventilation et déclencher des alarmes²⁰.
• On peut recourir à l’imagerie thermique pour surveiller les cellules des piles et prévenir l’emballement thermique. Les caméras thermiques permettent aux opérateurs de détecter les températures en temps réel et d’identifier tout problème rapidement. L’imagerie thermique est également un outil pratique pour déceler les défauts de fabrication dans les piles au lithium-ion. Par exemple, un point chaud dans la cellule d’une pile peut indiquer un défaut entraînant la production de chaleur excessive dans la pile. Une détection précoce facilite la prise de mesures correctives²¹.

Voir : Résilience au risque : imagerie thermique : applications électriques et mécaniques

• Pour prévenir les incendies de grande ampleur et de longue durée, la norme NFPA 855 exige que les systèmes de stockage d’énergie soient regroupés en petits segments espacés les uns des autres. Comme les systèmes de stockage d’énergie sur pile sont généralement constitués de plusieurs supports verticaux, il s’agit de limiter l’incendie à un seul support grâce à un espacement approprié et à l’installation d’un système de gicleurs²².

Voir : Que doit comporter votre plan de sécurité incendie?

• Élaborez un plan d’intervention d’urgence spécifique pour les incendies de lithium-ion. Ces incendies, qui comportent des caractéristiques uniques, sont difficiles à éteindre et il faut parfois laisser les produits se consumer entièrement. L’eau ou la mousse peuvent sembler efficaces pour les éteindre rapidement, mais le feu peut se ranimer lorsque les cellules endommagées sont alimentées en oxygène. Il est recommandé de laisser les gicleurs en fonction et de déplacer les piles vers des zones de combustion sécuritaires²³.

Bien que le risque d'incendie lié aux batteries lithium-ion soit faible lorsque les lignes directrices et les meilleures pratiques sont respectées, il n'y a aucune garantie en la matière. Communiquez avec votre courtier ou votre partenaire d’assurance pour obtenir des conseils sur la meilleure façon de protéger votre installation.               

 

Sources

¹ Schumacher Electric, The Benefits of Lithium-ion Batteries, 5 mai 2023.

^2,12 Occupational Safety and Health Administration (OSHA), Preventing Fire and/or Explosion Injury from Small and Wearable Lithium Battery Powered Devices, 20 juin 2019.

^3,4 Transports Canada, Transport des marchandises dangereuses : Saviez-vous que les piles au lithium sont des marchandises dangereuses?, mars 2016.

⁵ Modern Materials Handling, Where lithium batteries will make gains, 4 octobre 2022.

^6,8,9,14 Centre canadien d’hygiène et de sécurité au travail (CCHST), Chargement de piles au lithium-ion.

⁷ Safety Skills: An HSI Company, Lithium Batteries: Safe Handling, Storage and Disposal.

^10,11,13 TÜV SÜD, Protecting Your Facility From Lithium-Ion Battery-Related Fires & Explosions.

¹⁵ National Grid, What is battery storage?

¹⁶ Gouvernement du Canada, Les gouvernements du Canada et de l’Ontario collaborent à la création du plus important projet de stockage d’électricité en batteries au Canada.

¹⁷ Daily Commercial News, Inside Innovation: Battery storage for commercial buildings comes into its own, 19 avril 2023

¹⁸ McKinsey & Company, Enabling renewable energy with battery energy storage systems, 2 août 2023.

¹⁹  Control Fire Systems, Battery Energy Storage Systems Fire Suppression. 

²⁰ StatX, Fire Suppression in Battery Energy Storage Systems.

²¹ MoviTherm, Ensuring Safety in Lithium-ion Battery Storages.

²² Journal de la National Fire Protection Agency (NFPA), NFPA 855 and sprinkler protection for energy storage systems, 1^er janvier 2020. 

²³ TÜV SÜD, Lithium-ion Battery Fires: Myth vs. Reality.