Un téléphone portable qui s’éteint sans prévenir, ou alors une panne de voiture ? Oui, cela peut être dû à de basses températures. Mais pourquoi les batteries se déchargent-elles plus vite dans ces conditions ?

Il y a deux éléments principaux à connaître dans une batterie : les électrodes et l’électrolyte. Les électrodes, ce sont l’anode, ou pôle négatif, et la cathode, ou pôle positif, entre lesquelles circulent les électrons. Le passage des électrons d’un pôle vers l’autre fournit l’énergie nécessaire au fonctionnement d’un appareil, ou à son rechargement — nous verrons dans un instant que leur sens de circulation a une importance.

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Mais, pour circuler, les électrons ont besoin d’un milieu dans lequel évoluer. Ainsi, entre la cathode et l’anode, se trouve un liquide dit « conducteur » baptisé électrolyte. Les ions qui composent cet électrolyte sont en mouvement, et c’est cette mobilité qui génère du courant en faisant circuler les électrons. Cet ensemble d’électrodes et électrolyte forme ce qui s’appelle une cellule qui permet ainsi de générer de l’énergie.

Une batterie est composée de milliers de cellules qui travaillent ensemble. Ainsi, lorsque l’on utilise notre téléphone portable par exemple, le circuit électrique est dans un état dit « fermé ». Cela signifie que l’anode perd des électrons et que la cathode va les récupérer. Autrement dit, c’est le phénomène qui permet de créer l’électricité suffisante pour que vous puissiez utiliser votre smartphone toute la journée. À l’inverse, lorsque l’on recharge la batterie, le processus chimique qui s’opère est inversé : cette fois, le circuit électrique est ouvert, et les électrons partent alors dans la direction opposée.

LA BATTERIE D’UN SMARTPHONE SE DÉCHARGE BIEN PLUS VITE PAR GRAND FROID. © SERGEY NOVIKOV, ADOBE STOCK

Les batteries face à des température hivernales

Toutes les réactions chimiques qui conduisent au bon fonctionnement d’une batterie ne sont pas forcément adaptées à des climats extrêmes. Sous de basses températures, une batterie produira beaucoup moins de courant. Et pour cause, les réactions chimiques se font plus lentement. L’électrolyte perd de sa capacité de conductivité. Il est plus visqueux, et sa tension augmente, donc le mouvement des électrons, d’une électrode à l’autre, est plus compliqué, et donc fortement ralenti. Dans ce contexte, l’énergie consommée va majoritairement générer assez de chaleur pour simplement faire fonctionner la batterie qui se décharge donc bien plus vite. C’est pour cette raison qu’il est préférable de ranger son téléphone dans une poche intérieure par grand froid d’hiver.

Si ça ne vous est pas possible, sachez qu’il existe aussi des batteries, dites de « basses températures », qui vont résister à ces conditions. Ces batteries fonctionnent grâce à une modification faite sur une des électrodes. L’anode dans les batteries d’un téléphone lambda est en graphite, un matériau qui a tendance à être moins performant en hiver. Pour faire face à ce problème, des chercheurs ont réussi à mettre au point une batterie avec une nouvelle anode en carbone dit « non-graphitisable ». Le principe reste le même, mais ce nouveau matériau permet les transferts d’électrons sous -40 °C.

Cela dit, cette technologie est valable pour les téléphones portables mais, pour les voitures, c’est plus compliqué. Pour l’instant, la parade trouvée par certains pays vivant des épisodes de grands froids, ce serait de brancher les voitures sur des arrivées d’électricité dans les parkings pour maintenir le moteur, l’huile et la batterie au chaud.