Effet mémoire - Définition
L'effet mémoire est un phénomène physico-chimique affectant les performances des accumulateurs électriques.
Technologies concernées
L'effet mémoire concerne principalement les technologies Ni-Cd (nickel-cadmium) ou Ni-MH (nickel-métal hydrure ou nickel-hydrure de métal).
Cependant, les accumulateurs Ni-MH y sont moins sensibles, car ces derniers sont, en général, hors d'usage avant que l'on ne puisse observer un effet mémoire significatif.
Les batteries plomb-acide ou à base de lithium (comme les batteries Li-ion) ne sont pas sensibles à l'effet mémoire ; on peut par conséquent recharger ces batterie sans les avoir préalablement déchargées.
Manifestation de l'effet mémoire
L'effet mémoire entraîne une diminution de la quantité d'énergie que l'accumulateur peut échanger avec l'extérieur avec pour conséquence une diminution la capacité nominale de l'accumulateur.
L'accumulateur ne peut plus se décharger comme à l'origine. Il donne l'impression de pouvoir stocker moins d'énergie, mais en réalité, c'est davantage la restitution qui pose problème : l'énergie n'est simplement plus accessible de la même façon en raison de l'effet mémoire.
On peut faire l'analogie avec le réservoir d'un véhicule dont une partie serait bouchée mais enfermerait encore du carburant. Avec un tel réservoir et la même quantité de carburant, on ne pourra plus parcourir la même distance qu'avec un réservoir en bon état.
Découverte de l'effet mémoire
Historiquement, cet effet a été découvert par la NASA avec les satellites.
Les satellites rechargent leurs accumulateurs à l'aide de capteurs solaires. certains satellites passent d'un endroit éclairé à un endroit sombre à intervalles très réguliers. Leurs accumulateurs se chargent et se déchargent toujours de la même façon. Après un certains nombres de ces cycles réguliers, ils ne peuvent plus se décharger au-delà de la valeur à laquelle ils ont été habitués. L'accumulateur a " enregistré " ce niveau de décharge, d'où le nom " effet mémoire ".
Dans la vie courante, cette situation ne se rencontre pratiquement jamais, sauf pour quelques rares systèmes automatisés, car cet effet ne se manifeste que lorsque les décharges successives sont arrêtées exactement au même niveau de capacité, cas assez peu courants.
Selon le sens communément admis l'appellation " effet mémoire " correspond plutôt à un abus de langage. Les termes anglais voltage depression ou lazy battery effect, s'ils avaient des équivalents français, seraient plus appropriés.
Description de l'effet mémoire
Le problème apparaît lors de l'utilisation d'accumulateurs dans des appareils munis d'une détection de la tension d'alimentation. Cette détection est destinée à provoquer l'arrêt de l'appareil lorsque les accumulateurs sont vides (c'est-à-dire lorsque la tension à leurs bornes atteint un seuil minimum). Cette sécurité est nécessaire au bon fonctionnement de l'appareil lui-même et évite la destruction irréversible de l'accumulateur par décharge profonde.
Un accumulateur de batterie Ni-Cd possède une électrode de nickel, composée de petits cristaux. Dans certaines conditions, on observe un accroissement de la taille des cristaux. Cet agrandissement diminue la surface de contact entre l'électrode et l'électrolyte ce qui provoque une baisse de tension de la partie dégradée et augmente la résistance interne de l'accumulateur.
Alors que la tension nominale du Ni-Cd est de 1,2V/élément, cette structure dégradée présente une tension nominale plus basse, d'environ 1,08 V/élément.
Lors de l'utilisation, tout se passe comme si chaque élément avait deux parties, une partie normale à 1,2V et une partie à 1,08V dégradée. L'énergie sera d'abord prélevée dans la partie présentant la tension la plus élevée et tout paraîtra normal. Lorsque cette partie sera épuisée, on viendra alors puiser dans la partie dégradée, mais le seuil de tension passera alors brutalement de 1,2V/élément à 1,08V/élément.
Ce changement crée une discontinuité dans la courbe de décharge de l'accumulateur. La tension nominale va se rapprocher du seuil minimum de fonctionnement de l' appareil, passer en dessous et provoquer l'arrêt.
Vu de l'utilisateur, on peut croire à une perte de capacité, en fait la capacité est toujours disponible mais avec une tension inférieure.
On observe notamment ce phénomène dans 2 cas:
- lors des décharges partielles de l'accumulateur (il apparaît une différence de structure entre la partie chargée et la partie déchargée)
- lors de la charge d'une batterie à base de nickel.
- Une fois la charge terminée la batterie reçoit un courant d'entretien supposé compenser l'auto-décharge. Malheureusement, après un certain temps, ce courant d'entretien engendre la dégradation progressive des éléments de l'accumulateur par cristallisation localisée de l'électrolyte. Après cela, la tendance est de remettre la batterie sur le chargeur, lequel en injectant à nouveau le courant d'entretien en fin de charge altère davantage le couple Ni-Cd.
L' appareil ne vide jamais l'accumulateur jusqu'à son seuil minimal et il y a une augmentation successive de la partie dégradée. En réalité cette structure altérée est normale et fait partie du fonctionnement de l'accumulateur. Heureusement ce phénomène n'est pas irréversible.
Récupérer une batterie qui a un effet mémoire
En branchant une batterie affectée du problème sur un système de décharge approprié (déchargeur), destiné à la vider jusqu'au seuil minimum de 1V/élément, la partie de la capacité qui a une " mauvaise " tension nominale, sera restaurée.
Il pourra alors être procédé à la recharge de la batterie qui retrouvera une grande partie de sa performance.
Ces opérations ne doivent pas être effectuées sans matériel adapté, ni précautions. Tous les accumulateurs électriques sont dangereux : ils peuvent s'échauffer, prendre feu, voire exploser et provoquer des dommages corporels graves.
Chargeurs adaptés
Les chargeurs modernes et de qualité, spécifiques à la technologie Ni-Cd, grâce à leurs fonctions de pré-décharge et de charge " intelligentes " ainsi qu'à leur détection de fin de charge correcte, permettent de s'affranchir de l'effet " dit " mémoire.