Activité 7 – Piles bouton CR2032 pour capteurs Wi-Fi SITUATION PRO

Ch02 – Stockage électrochimique | Terminale ERA | ⏱ 30 min

Dernière mise à jour : 4 juin 2026

Ce que tu vas apprendre :

Distinguer pile primaire (non rechargeable) et secondaire (rechargeable)
Calculer la durée de vie d'un capteur sans fil
Comparer chimies de piles (alcaline, lithium, oxyde d'argent)

🤔 Avant de commencer

Une télécommande de portail automatique tient 5 ans sans changement de pile. Un capteur de température Zigbee posé dans une cuisine connectée tient 2 ans. Pourquoi cette différence ?

Différence fondamentale de consommation :

Télécommande portail : émission radio courte (200 ms) une fois par jour = quelques mWh par an. Capacité pile 230 mAh = 700 mWh utilisables → 700 ans théoriques. Limité par autodécharge.
Capteur Zigbee température : mesure + transmission Wi-Fi toutes les 5 min, soit ~ 290 fois par jour. Consommation 250 µAh par transmission. Conso quotidienne : 72 mAh → ~ 30 mAh résiduel après 1 an d'autodécharge. Pile 230 mAh → 2 ans typique.

Le Wi-Fi consomme énormément plus que le Zigbee (qui est conçu pour la basse conso). Mais Wi-Fi est partout, pas besoin de hub spécifique.

L'art du capteur sans fil : maximiser le sommeil (sleep mode 1 µA) et minimiser le temps actif (10 ms).

Situation – Yann, technicien domotique chez SmartHome (Brest)

Yann, technicien chez SmartHome 29 Brest (entreprise d'installation domotique pour cuisines connectées), équipe une cuisine haut de gamme avec 12 capteurs sans fil (température, humidité, ouverture tiroirs, fuites d'eau). Il doit choisir la pile adaptée pour maximiser la durée de vie.

Document 1 — Comparatif piles bouton CR2032 / LR44 / SR44

Critère	CR2032 lithium	LR44 alcaline	SR44 oxyde Ag
Chimie	Li / MnO₂	Zn / MnO₂	Zn / Ag₂O
Tension nominale	3,0 V	1,5 V	1,55 V
Capacité	220 mAh	120 mAh	180 mAh
Autodécharge / an	1 % (10 ans)	5 %	2-3 %
Plage T°	-30 à +70 °C	-10 à +50 °C	0 à +60 °C
Prix unitaire	0,80 €	0,50 €	2,50 €
Rechargeable ?	Non	Non	Non

📖 Vocabulaire

Pile primaire: Non rechargeable. Réaction chimique irréversible. À usage unique. Ex : CR2032, LR44, alcalines AAA.
Pile secondaire (accumulateur): Rechargeable. Réaction réversible. Ex : Li-ion, NiMH, plomb.
Autodécharge: Perte spontanée de capacité au repos, sans charge. Dépend de la chimie et de la T°. CR2032 < 1 %/an, alcaline 5 %/an.
Tension de coupure: Tension à laquelle l'appareil cesse de fonctionner (faute de puissance suffisante). Typique 1,0 V pour AAA, 2,2 V pour CR2032.

Q1 APP

Énergie stockée par une CR2032.

E = U × Q = 3,0 × 0,220 = 0,66 Wh.

Énergie minuscule mais largement suffisante pour un capteur basse conso.

À comparer avec une batterie de smartphone (15 Wh) = 23× plus.

Q2 REA

Capteur Zigbee de température. Conso moyenne pondérée 10 µA (avec sommeil + transmissions). Autonomie ?

Capacité utile (avec autodécharge) : 220 mAh × 0,9 (perte 10 % sur durée vie) = 198 mAh.

Autonomie = Q / I = 198 mAh / 0,010 mA = 19 800 h = 825 jours = 2,3 ans.

Conforme à l'expérience : capteur Zigbee sur CR2032 dure 2-3 ans.

Variante Bluetooth Low Energy : conso ~ 30 µA → durée 9 mois. Variante Wi-Fi : 100 µA → 3 mois.

Q3 REA

Pour 12 capteurs × 5 ans, combien de piles à acheter ? Coût total ?

Capteurs : 12. Durée vie 2,3 ans. Sur 5 ans : 5/2,3 = 2,2 remplacements par capteur.

Piles nécessaires : 12 × 2,2 = 27 piles CR2032.

Coût matériel : 27 × 0,80 = 22 €. Marginal !

Mais main d'œuvre remplacement : ~ 15 €/intervention × 27 = 405 €. Le vrai coût est la main d'œuvre.

Solution pour réduire : capteurs avec batterie Li-ion rechargeable + recharge induction trimestrielle. Ou capteurs alimentés par énergie ambiante (panneau PV 1 cm²).

Q4 ANA

Pourquoi pas remplacer les CR2032 par des LR44 (2× moins chères) ?

Plusieurs raisons techniques :

Tension : LR44 = 1,5 V seulement. Les capteurs sont conçus pour 3 V minimum (microcontrôleur ESP32, Zigbee SoC). Ne fonctionneraient pas.
Capacité : LR44 = 120 mAh vs 220 mAh CR2032. Durée vie divisée par 2.
Autodécharge alcaline : 5 %/an = perte 25 % en 5 ans. Capacité utile réelle plus basse.
Tenue T° / fuite : alcaline fuit à 50 °C (la cuisine peut être chaude).

Bilan : LR44 inadaptée techniquement. CR2032 standard de fait pour la domotique.

Q5 ANA

Chimie d'une pile CR2032 (Li/MnO₂). Écrire la réaction.

Anode (oxydation Li) : Li → Li⁺ + e⁻

Cathode (réduction MnO₂) : MnO₂ + Li⁺ + e⁻ → LiMnO₂

Bilan : Li + MnO₂ → LiMnO₂

Le lithium métallique (très réducteur, E° = -3,0 V) garantit une tension élevée (3,0 V vs 1,5 V Zn/MnO₂ alcaline).

Réaction irréversible : on ne peut pas reformer le Li métallique par charge (Li-ion = chimie différente avec graphite, peut être rechargé).

Q6 ANA

Recyclage piles bouton CR2032. Dangers et filière.

Lithium : très réactif à l'eau et à l'air. Si pile écrasée : fuite, possible incendie.
Manganèse : non toxique mais à valoriser.
Ne pas jeter à la poubelle : risque incendie dans le camion (broyage déclenche court-circuit).
Filière Corepile / Screlec : bacs de collecte gratuits chez Carrefour, magasins de bricolage, mairies.
Recyclage : pyrométallurgie (chauffage 600 °C) ou hydrométallurgie. Récupération du Li (réutilisé en batteries) + Mn + Zn.
Taux récupération France 2024 : 60 % des piles vendues. Objectif UE 2030 : 75 %.

Conseil pratique : stocker les piles usées dans une boîte métallique + ruban adhésif sur les pôles pour éviter les courts-circuits avant dépôt.

Q7 VAL

Alternative : capteurs sans pile (« energy harvesting »).

Technologie en plein essor (2024+) : capteurs autonomes sans pile, qui récupèrent l'énergie de leur environnement.

Source	Puissance disponible	Application
Photovoltaïque ambiant (intérieur)	10-200 µW/cm²	Capteurs Bluetooth/Zigbee
Thermoélectrique (ΔT corps-air)	50-500 µW	Montres connectées (Matrix)
Vibrations / mouvement	10-100 µW	Capteurs structures
RF ambiant (Wi-Fi, 4G)	1-10 µW	Tags RFID actifs

Exemples sur le marché :

EnOcean : interrupteurs sans fil ni pile (énergie du clic !). 30+ ans de durée vie.
Powercast : tags qui récupèrent l'énergie d'un émetteur RF dédié.
Calao IoT : capteurs T° solaires intérieurs, autonomie infinie.

Coût initial 2× les capteurs à pile, mais zéro main d'œuvre remplacement. ROI < 5 ans en parc important.

Q8 COM

Conseil Yann au client.

Conseil parc capteurs cuisine connectée — Yann (SmartHome 29 Brest)
• 12 capteurs Zigbee CR2032 : autonomie 2,3 ans typique.
• Coût matériel pile sur 5 ans : 22 € (marginal).
• Coût remplacement main d'œuvre : 405 € sur 5 ans (vrai poste).
• Alternative : capteurs EnOcean sans pile, surcoût +20 % à l'install mais ZÉRO maintenance pile.
• Recommandation : passer en EnOcean pour les capteurs cachés. Garder CR2032 pour les accessibles.

✅ Auto-évaluation

Je distingue pile primaire / secondaire. Je calcule l'autonomie d'un capteur basse conso. Je sais où recycler les piles bouton.

Bonus — Pourquoi les piles ne tiennent pas longtemps au frigo ?

Mythe populaire à la fois vrai et faux :

Vrai : le froid ralentit les réactions chimiques. L'autodécharge est réduite (perte annuelle / 2 environ entre 25 °C et 4 °C).
Faux pour les piles modernes : les piles alcalines et lithium ont déjà des taux d'autodécharge faibles. Le gain au frigo est marginal (qq %).
Vrai pour vieilles piles NiCd : autodécharge 30 %/mois à T ambiante → frigo prolongeait beaucoup leur vie au stockage. Quasi disparues depuis interdiction cadmium 2009.
Risque condensation : sortie du frigo → humidité sur le boîtier → corrosion des contacts. Toujours laisser revenir à T ambiante avant utilisation.

Conseil pratique 2026 :

Lithium CR2032 : pas besoin de frigo, 10 ans de stockage sec OK.
Alcaline AA/AAA : stockage sec, T < 25 °C. Frigo apporte peu.
NiMH rechargeable : T ambiante, à 40 % de charge (pas pleine, pas vide).

À retenir

Pile primaire (CR2032, LR44) : irréversible, jetable.
Pile secondaire (Li-ion, NiMH) : réversible, rechargeable.
CR2032 lithium 3 V : standard domotique. Durée vie 2-5 ans selon conso.
Energy harvesting (sans pile) : avenir pour IoT massif.

📚 §2 (pile) + §3 (accumulateur) + §9 (applications) de la leçon Ch02.