Spécialiste de la gestion des risques, l’INERIS dispose de moyens expérimentaux pour procéder à des tests en grandeur réelle. Après son travail sur l’hydrogène, Rémy Bouet revient sur la sécurité en matière de batteries. Un accompagnement complet sur la sécurité, pour les professionnels.
Identifier les causes des situations incidentelles et accidentelles, déterminer comment les prévenir, travailler sur la protection des enjeux vis-à-vis des conséquences, anticiper sur les risques liés à l’innovation dans le domaine, une telle approche issue de l’expérience de l’INERIS permet aux sociétés de réaliser une gestion complète de leurs risques. Côté « batterie », cela va de la conception d’un produit à son recyclage et, côté « application », cela concerne l’utilisation de ces batteries pour de la mobilité ou pour des parcs de stockage d’énergie.
Le risque batterie de A à Z
L’INERIS conduit depuis plusieurs années un programme de recherche consacré aux risques liés aux systèmes de stockage électrochimique. Ce programme a pour principal objectif de produire des connaissances et des données sur la réactivité, et plus généralement sur les dangers des différentes technologies de ces systèmes au cours des diverses étapes du cycle de vie, tant du point de vue expérimental que du point de vue numérique.
L’INERIS développe des moyens d’essais spécifiques aux batteries dans le cadre de sa plateforme sécurité des batteries. Cette plateforme destinée aux essais abusifs sur batteries regroupe une large gamme de bancs expérimentaux. Ceux-ci permettent de réaliser des essais abusifs d’ordre mécanique (écrasement statique et dynamique, chute, pénétration au clou, etc.), d’ordre électrique (surcharge, surdécharge, court-circuit) et d’ordre thermique (cyclage thermique, stabilité thermique, feu externe) ainsi que des essais environnementaux (influence de la température, de l’humidité, de l’altitude). L’INERIS prend une part active dans la définition de ces essais spécifiques et dans les expertises d’incidents. L’INERIS fournit également son expertise sur certaines substances émergentes utilisées dans les nouvelles technologies de batteries, dont le processus d’innovation est en forte accélération. Au-delà du travail de recherche, l’INERIS contribue à la prise en compte des résultats obtenus dans les référentiels réglementaires (TMD) ou normatifs (IEC) en concertation avec les autres acteurs du domaine.
Tous les tests
L’INERIS a également une part active dans l’appui aux pouvoirs publics dans le domaine de la sécurité des batteries. Des essais d’incendie en grandeur réelle sur des véhicules électriques et thermiques équivalents ont par exemple été réalisés. Les activités à l’INERIS dans le domaine de la sécurité des batteries sont nombreuses :
– études de sécurité, ADR, HAZOP, HAZID de procédés et systèmes mettant en œuvre différentes technologies de batteries ;
– caractérisation expérimentale dans des installations à échelle réelle du comportement de batteries en situation accidentelle : défaillances, utilisations abusives (choc, court-circuit, échauffement…) ou défauts de conception sur des batteries seules ou dans des configurations proches de leurs usages (mobilité, stationnaire…) ;
– caractérisation expérimentale de défaillance de batteries dans des espaces confinés (parkings…) ;
– évaluation de systèmes de détection d’un évènement accidentel ;
– évaluation expérimentale des performances de moyens de réduction des risques ;
– modélisation de la diffusion des gaz de combustion en espaces confinés, encombrés ou à l’air libre ;
– évaluation expérimentale de moyens de protection ;
– évaluation des conséquences accidentelles (flux thermique, explosion, toxicité des fumées, impact sur les structures) et des conséquences environnementales dans l’air, dans l’eau et dans les sols ;
– formation sécurité des batteries et des modes de prévention et de protection ;
– accompagnement pour la certification ou l’homologation de batteries ou de systèmes avec des batteries ;
– accompagnement des industriels dans le développement de leurs produits (résistance mécanique, gestion des fumées, sélection des cellules, vitesses de propagation…).
L’INERIS dispose de plusieurs enceintes et plateformes d’essais de différentes dimensions (calorimètre incendie de type Tewarson pour l’étude de nouveaux composants à l’échelle labo, chambres de 10 m3, de 80 m3 et de 1 000 m3, et un tunnel de 50 m de longueur résistant aux incendies) permettant de reproduire les accidents en conditions réelles et d’en mesurer les conséquences. Lors des essais, les installations sont connectées à un système de traitement des fumées avec un débit allant jusqu’à 100 000 m3/h, permettant la neutralisation de tous les composés émis, gaz et particules. Tous les effluents liquides issus des tests sont également capturés et maîtrisés. Cela permet aussi d’analyser la composition totale des fumées produites en temps réel.
Tous ces moyens d’essais peuvent être employés pour évaluer les risques associés aux batteries utilisées à des fins de stockage stationnaire ou de mobilité. « Nous accompagnons nos clients sur l’analyse de risques. Nous cherchons à identifier toutes les situations de risques et à évaluer leurs conséquences (incendie, explosion, projection, dispersion des fumées) et leur fréquence d’occurrence. Nos outils de modélisation doivent nous permettre de répondre notamment aux questions suivantes : en cas d’incendie d’une cellule, comment celle-ci voit-elle sa température augmenter ? Comment cette chaleur se propage-t-elle aux cellules voisines, quels gaz sont dégagés lors de la combustion ?… Puis, pour réduire au maximum le risque, nous identifions certaines barrières de sécurité et caractérisons leurs niveaux de performance. »
Typologie de problèmes
Dans les installations de batteries en conteneurs, l’un des principaux risques est l’incendie d’une cellule pouvant se propager à la cellule voisine, voire à la batterie, et pouvant se traduire in fine par l’incendie généralisé à tout le stockage en cas d’emballement thermique. C’est pourquoi il est nécessaire de mettre en place des systèmes de détection qui alertent très rapidement d’une défaillance ainsi que des moyens de protection adaptés. En cas d’accident, il est primordial de bien connaître le comportement de son produit afin d’adopter une stratégie efficace d’intervention des services de secours et d’informer sur les risques éventuels encourus par la population.
Sur les installations fixes, l’INERIS passe tout cela en revue et, si besoin est, évalue la distance entre les systèmes de stockage pour éviter la propagation de l’incendie d’un système de stockage à un autre. L’idéal est d’intervenir dès la conception.
L’INERIS intervient également dans les phases de démantèlement, de recyclage, ou en cas de réutilisation des batteries de véhicules, par exemple pour stocker de l’énergie électrique. Pour ce qui concerne la mobilité, les risques sont différents, mais la méthode d’analyse reste la même : comportement en cas de choc, de percement, de montée en température, de problème en milieu confiné (parking souterrain), mode d’extinction.
L’INERIS travaille aussi avec les industriels sur l’évaluation de nouveaux systèmes de mitigation des incendies.
Les aspects de sécurité fonctionnelle d’organes clés pour le bon fonctionnement d’une batterie tels que son packaging, son système de refroidissement/climatisation (Battery Thermal Management System) et son BMS (Battery Management System) sont des sujets abordés à l’INERIS, ainsi que les risques liés à l’intégration des batteries dans des systèmes de stockage d’énergie embarqués ou stationnaires, raccordés ou non à des réseaux (éventuellement intelligents) de gestion ou distribution d’énergie.
L’INERIS intervient au niveau international, notamment en assurant la présidence de la commission internationale IEC TC120, Electrical Energy Storage Systems (Systèmes de stockage d’énergie électrique).
Enfin, pour accompagner la filière dans la démarche sécurité, l’INERIS accompagne ses clients en proposant des études et des formations à la sécurité.
