Risque incendie de batteries Lithium-Ion

S’il existe de nombreux travaux sur l’emballement thermique et la combustion de cellules Li-ion de faible puissance exposées à différents types d’agression, d’origine thermique, mécanique ou électrique, peu d’études sont réalisées sur des cellules de plus forte puissance, sur la propagation de l’emballement thermique de cellule à cellule ou sur les conséquences du feu induit.

De plus, l’évaluation de la puissance maximale atteinte et de l’énergie totale libérée par la combustion d’une cellule ou batterie reste à ce jour un véritable verrou scientifique, alors que cette grandeur est un prérequis à la réalisation de toute étude de sécurité incendie.

L’expérience acquise par l’équipe projet a montré la nécessité de confiner partiellement l’emballement thermique, pour le caractériser plus finement et évaluer ses conséquences :

• étudier quantitativement les conditions d’emballement de nouvelles générations de cellules et batteries et leurs conséquences sur un environnement proche en milieu confiné, représentatif de leurs conditions d’utilisations (élévation de température, flux thermiques, élévation de pression) ;
• estimer la puissance maximale et l’énergie totale dégagée lors de l’emballement thermique d’une cellule ou d’une batterie ;
• développer une technique de lutte innovante par cryogénie, susceptible d’enrayer le processus d’emballement thermique.
• étudier la toxicité pour l’homme et l’environnement des produits (solides et gazeux) émis par la batterie lors de son emballement thermique et des effluents issus de la lutte (aspersion d’eau, immersion).

Tests abusifs de cellules et batteries Li-ion

Plusieurs campagnes expérimentales portant sur l’emballement thermique de cellules et batteries Li-ion, de différentes technologies (chimies) et puissances, ont été conduites dans une enceinte confinée. Différentes techniques d'emballement ont été développées (élévation de température, surcharge et court-circuit...).

Premiers constats

Les essais ont permis d’étudier l’influence de la chimie de la cellule, du niveau de charge, et de la température sur l’occurrence d’emballement thermique et ses conséquences en termes de perte de masse (niveau de dégazage), d’élévation de températures et de flux thermiques.

Des cellules unitaires ainsi que des batteries ont été exposées à une élévation de température dans une enceinte de volume réduit de 0.5 m³, comportant une instrumentation fine développée par l’équipe, ainsi que dans un dispositif de plus grand volume de 27 m³ (DIAMAN, cf image). Lorsque la température augmente, le séparateur se degrade et les produits inflammables de l’électrolyte s’échappent sous forme de gaz. Ce dégazage, caractéristique de « l’emballement thermique », conduit régulièrement à une inflammation, et une propagation du feu à l’ensemble de la batterie.

Plus les cellules sont chargées, plus l'emballement est rapide et ses effets thermiques élevés. À l'inverse, une cellule à 50 % de SOC [MS1.1][BT1.2][ya1.3]présente un risque plus faible, pouvant se limiter à un simple dégazage.

Les essais se poursuivent pour identifier des marqueurs précoces d'emballement, utiles pour déclencher la lutte au bon moment.

Des techniques d’emballement par surchauffe ont été développées et des dispositifs expérimentaux ont été conçus pour mesurer les effets thermiques et le gaz émis, utiles pour le déclenchement de la lutte.

Le saviez-vous ?

Le simple fait d’utiliser un câble de chargeur non adapté comme un chargeur prévu pour un pc-portable pour charger un smartphone peut suffire à dégrader la batterie et ainsi conduire à l’emballement thermique.

Démonstration des tests abusifs sur des batteries au lithium

Modélisation et estimation de l’énergie dégagée par la combustion de cellules et batteries Li-ion

Estimer l'énergie totale libérée par la combustion d'une cellule ou batterie Li-ion reste complexe : l'éclatement imprévisible de la cellule complique la collecte des produits de combustion, et la présence de chlore et d'oxygène dans les gaz émis rend les méthodes calorimétriques classiques peu fiables..

Pour pallier ce problème, le projet combine des essais spécifiques dans l’enceinte de confinement et le développement d’un outil de simulation. Cet outil numérique est basé sur le développement d’un modèle à une zone, où les équations de conservation de la masse et de l’énergie sont résolues de façon instationnaire.

Les résultats de simulation ont permis de valider le modèle. Ils montrent un bon accord entre les températures mesurées et simulées, quels que soient les niveaux de confinement du foyer. Le modèle développé permet par ailleurs d’accéder à des paramètres de combustion des éléments Lithium-ion. Les validations de l’algorithme se poursuivent avec pour objectif d’affiner ces paramètres.

Développement d’une technique de lutte par cryogénie

Les responsables des premiers secours alertent régulièrement sur l’absence de moyens adaptés à la lutte d’un feu de batteries Li-ion. Seule la technique de l’immersion permet de réduire temporairement les conséquences thermiques de l’emballement, mais cette solution reste difficile à mettre en œuvre.

Une nouvelle technique de lutte par refroidissement cryogénique est en cours de développement, avec pour objectif de retarder ou interrompre la propagation de l'emballement de cellule en cellule. La configuration de référence retenue est un bloc de 96 cellules 18650, équivalant à une batterie de trottinette électrique.

Les 25 et 26 mars 2026, une campagne expérimentale a été menée à l'IUSTI (Institut universitaire des systèmes thermiques industriels, Marseille), en collaboration avec Air Liquide et les Marins-Pompiers de Marseille. Quatre essais ont été réalisés dans le dispositif DIAMAN, en faisant varier les paramètres d'injection de CO₂ cryogénique sur un bloc de 96 cellules en cours d'emballement. Les premiers résultats sont encourageants : une intervention après 30 secondes de feu — associée à une injection de CO₂ de 2 minutes et 30 secondes, permet de stopper efficacement la propagation. Contrairement au noyage à l'eau, qui affecte l'ensemble du parc de batteries, cette approche cible uniquement les cellules emballées et laisse intactes les autres.

À terme, cette technique pourrait être intégrée sous forme d'installation fixe à bord de navires ou dans des locaux de stockage d'énergie. Des applications aux véhicules électriques sont également envisagées, avec des bouteilles de CO₂ percutées automatiquement au cœur de la batterie.

Analyses de risques thermiques et de toxicité

Différents échantillons (résidus de combustion, fumées, eaux de lutte) ont été récoltés pendant les essais d’emballement puis caractérisés pour accéder à leurs propriétés structurales, physico-chimiques et chimiques. 

Une analyse des risques thermiques basée sur les résultats des étapes précédentes est en cours de réalisation pour des grands volumes de batteries représentatifs de la réalité. Des études des zones à risque pourront ainsi être conduites (parkings souterrains, parcs de stockage d’énergie, …).

Ces travaux s'inscrivent dans un contexte réglementaire en pleine évolution : depuis début 2026, les dangers spécifiques aux feux de batteries lithium-ion sont officiellement reconnus par la création, dans la norme ISO 3941 : 2026, d'une nouvelle classe de feux — la classe L.

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