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Activité 3 – Choisir une batterie d'outil pour un atelier FICHE TECHNIQUE

Chapitre 2 – Stockage électrochimique | Terminale Bac Pro ERA-MA | Physique-Chimie | ⏱ 50 min

Dernière mise à jour : 4 mai 2026, 11:30

Objectifs :

Situation – choisir un parc batteries pour 5 ouvriers

Sarah, gérante d'une menuiserie d'agencement, équipe ses 5 ouvriers de visseuses sans fil. Elle hésite entre 3 packs batterie pour leur perceuse-visseuse 18 V (consommation moyenne en charge : 100 W).

Document — comparatif des 3 technologies

RéfTechnologieUQÉnergieMasseCyclesPrix
ANiMH18 V3,0 Ah54 Wh1,1 kg50060 €
BLi-ion18 V3,0 Ah54 Wh0,55 kg1 000130 €
CLi-ion HD18 V5,0 Ah90 Wh0,75 kg1 200180 €

Cahier des charges : autonomie min 30 min en charge ; durée 5 ans (~ 1 cycle/jour ouvré ≈ 250 cycles/an) ; outil léger demandé par les ouvriers.

Document — comparatif des énergies massiques

Énergie massique des 3 technologies (Wh/kg) 150 100 50 0 Wh/kg 49 A : NiMH 98 B : Li-ion 120 C : Li-ion HD

📚 Cette activité réinvestit les notions du cours §2 (capacité E = U × Q) et §3 (technologies de batteries).

Problématique : Quelle batterie choisir parmi A, B, C selon le cahier des charges et le coût total sur 5 ans ?

Question 1 REA

Calculer l'autonomie de chaque batterie pour une consommation P = 100 W. (Aide : t = E / P)

  • A : t = 54 / 100 = 0,54 h = 32 min ✓
  • B : t = 54 / 100 = 0,54 h = 32 min ✓
  • C : t = 90 / 100 = 0,90 h = 54 min ✓

Toutes respectent le minimum de 30 min. C offre la plus longue autonomie (presque le double de A et B).

Question 2 REA

Calculer l'énergie massique (Wh/kg) pour chaque batterie. Comparer.

  • A (NiMH) : 54 / 1,1 = 49 Wh/kg
  • B (Li-ion) : 54 / 0,55 = 98 Wh/kg ✓
  • C (Li-ion HD) : 90 / 0,75 = 120 Wh/kg ✓✓

Le Li-ion stocke 2 à 2,5 fois plus d'énergie par kg que le NiMH. C'est pourquoi la quasi-totalité des outils modernes sont en Li-ion (outils plus légers, plus longue autonomie).

Question 3 REA

Calculer le nombre de batteries nécessaires sur 5 ans par ouvrier (250 cycles/an × 5 ans = 1 250 cycles), puis le coût total.

  • A : 1 250 / 500 = 2,5 → 3 batteries. Coût : 3 × 60 = 180 € par ouvrier.
  • B : 1 250 / 1 000 = 1,25 → 2 batteries. Coût : 2 × 130 = 260 € par ouvrier.
  • C : 1 250 / 1 200 = 1,04 → 2 batteries. Coût : 2 × 180 = 360 € par ouvrier.

Pour 5 ouvriers sur 5 ans :

  • A : 5 × 180 = 900 €
  • B : 5 × 260 = 1 300 €
  • C : 5 × 360 = 1 800 €

Question 4 VAL

Quel modèle Sarah doit-elle choisir ? Justifier au-delà du seul critère prix.

Le NiMH (A) est le moins cher mais :

  • 2× plus lourd à porter pour les ouvriers (1,1 kg vs 0,55 kg) → fatigue cumulative.
  • Effet mémoire (perd de la capacité s'il n'est pas déchargé totalement avant recharge).
  • 3 batteries à acheter sur 5 ans (gestion logistique, déchets supplémentaires).

Choix recommandé : B — Li-ion 3,0 Ah. Bon compromis prix/poids/autonomie. Si certains chantiers exigent > 1 h continue (gros vissage industriel), passer au C pour ces ouvriers spécifiques.

Surcoût B vs A : 400 € / 5 ouvriers / 5 ans = 80 €/ouvrier/an, largement compensé par le confort, le gain de productivité et l'absence d'effet mémoire.

Question 5 ANA

Pourquoi la durée de vie en cycles est-elle plus longue pour le Li-ion (1 000) que pour le NiMH (500) ?

NiMH : utilise un alliage métallique poreux. À chaque cycle, les molécules d'hydrogène absorbent et libèrent dans l'alliage → fatigue progressive de la structure cristalline. Effet mémoire.

Li-ion : les ions Li⁺ se déplacent entre cathode (LiCoO₂) et anode (graphite) sans changer la structure des matériaux. Dégradation surtout par les cycles de charge profonds (0-100 %).

Avec un BMS (Battery Management System) qui évite les charges extrêmes (limite à 10-90 %) et régule la température, on peut atteindre 1 200-1 500 cycles, contre 500 max en NiMH.

Conclusion : le Li-ion est électrochimiquement plus stable.

Question 6 VAL

L'effet mémoire du NiMH : qu'est-ce que c'est concrètement, et comment le contourner ?

Si on recharge un NiMH avant qu'il soit complètement vide, des cristaux d'hydroxyde se forment et « mémorisent » le niveau de charge minimum atteint. La capacité utilisable se réduit progressivement à ce niveau.

Conséquence : un NiMH rechargé tous les soirs après usage partiel finit par n'avoir plus que 50 % de capacité.

Solution : décharger complètement (jusqu'à coupure automatique) avant chaque recharge. Contraignant en chantier où on a besoin d'autonomie immédiate.

Le Li-ion ne souffre PAS de cet effet → on peut recharger à tout moment.

Question 7 COM

Rédiger en 5 lignes une note de Sarah à ses 5 ouvriers expliquant le nouveau parc batteries.

Note — Nouveau parc batteries Li-ion 18 V/3 Ah

Chers ouvriers, à partir du mois prochain, je remplace toutes les batteries NiMH par des Li-ion (modèle B). Avantages :

  • Outil 2× plus léger (0,55 kg au lieu de 1,1 kg).
  • Pas d'effet mémoire : rechargez quand vous voulez, pas besoin d'attendre la décharge complète.
  • Durée de vie 2× plus longue (1 000 cycles contre 500).

Coût : 260 €/ouvrier sur 5 ans (vs 180 € en NiMH). Surcoût justifié par le confort et la productivité. Recyclage obligatoire en fin de vie : déposez les anciennes batteries au point Corepile (atelier).

🚀 Pour aller plus loin ANA

Comparer le Li-ion d'outil avec celui d'une voiture électrique (Tesla Model 3 = 75 kWh) : combien de batteries d'outil équivalentes ?

Batterie Tesla : 75 kWh = 75 000 Wh.

Batterie d'outil B : 54 Wh.

Équivalent : 75 000 / 54 ≈ 1 389 batteries d'outil.

Masse Tesla : ~ 480 kg de batterie. Énergie massique : 75 000 / 480 ≈ 156 Wh/kg.

Comparaison : 156 Wh/kg pour Tesla vs 98 Wh/kg pour batterie outil B → Tesla utilise des cellules plus optimisées (architecture cylindrique 4680, chimie NCA).

Coût : 75 kWh × 130-150 €/kWh = 10 000-12 000 € juste pour la batterie. Soit l'équivalent de ~ 80-90 batteries d'outil B.

À retenir