Pourquoi le gaz autour d'une batterie de voiture ne risque-t-il pas de s'allumer à cause des câbles de démarrage?

Comme indiqué dans Aller démarrer une batterie morte: Connectez le fil noir au pôle négatif de la batterie ou du métal mis à la terre? , vous connectez le câble volant noir au châssis de la voiture morte pour éviter les étincelles faites lors de la connexion près de la batterie, qui pourraient être entourées d'hydrogène gazeux. Comme le souligne Paul dans Pourquoi devrais-je connecter la borne rouge / positive en premier lors du démarrage par saut? , cela semble extrêmement improbable, mais d'accord, la sécurité d'abord.

Cependant, le conseil est de fixer le câble noir au métal exposé sur le châssis ou le bloc moteur. Le bloc moteur de la voiture moyenne n'est pas si énorme. Je me demande, si la batterie est entourée d'un nuage d'hydrogène gazeux, et que je connecte la borne noire quelque part à l'extrémité opposée du bloc moteur, cela n'allumerait-il pas encore le nuage de gaz? Le nuage de gaz est-il étroitement concentré autour de la batterie? Et qu'en est-il lorsque vous parvenez à démarrer la voiture? Pourquoi n'y a-t-il pas de risque d'enflammer le nuage de gaz des différentes sources de chaleur et d'étincelles lors du démarrage d'une voiture?

Je ne suis pas un expert dans ce sujet, mais je ne pense pas qu'un "nuage de gaz" se forme autour de la batterie. L'hydrogène est le gaz le plus léger de tous (0,089 g / l) et ne s'accumulera pas en cas de fuite. Il montera simplement tant que le capot est ouvert car il est moins dense que l'air, qui est principalement beaucoup plus lourd en azote (1,25 g / l) et en oxygène (1,4285 g / l). Ma conjecture est que la pratique de connecter la masse du destinataire au châssis plutôt que la borne négative de la batterie protège simplement contre l'inflammation d'une fuite minute de la batterie elle-même.

Il ne devrait pas y avoir de sources d'étincelles ouvertes au démarrage de la voiture. L'alternateur, les bougies d'allumage, les fils de bougie, le distributeur et l'alternateur ne devraient pas étinceler ouvertement s'ils sont en bon état, et ils sont généralement assez éloignés de la batterie de toute façon. La chaleur ne devrait pas être suffisante, même si, pour une raison quelconque, le moteur que vous démarrez est chaud. L'hydrogène s'enflamme spontanément dans l'atmosphère à ~ 500 ° C, les températures sous hotte ne devraient pas dépasser largement les ~ 100 ° C

Cela va devenir un peu technique mais devrait toujours être compréhensible même si vous avez dormi pendant des cours de chimie.

Quand l'hydrogène est-il dangereux?

Tout comme avec le mélange air-carburant dans un moteur, l'hydrogène n'est combustible que lorsqu'il se situe dans une plage de concentrations. Nous utilisons ce qu'on appelle la limite inférieure d'explosivité (LIE) et la limite supérieure d'explosivité (LSE) qui sont les concentrations de gaz (dans l'air) qui s'enflamment. Pour l'hydrogène gazeux, la LIE est de 4% et l'UEL est supérieure à 75%, ce qui signifie que si la concentration d'hydrogène gazeux atteint 4%, c'est au niveau qui pourrait s'enflammer avec une étincelle. A titre de comparaison, la concentration naturelle de H ₂ dans l'atmosphère est d'environ 0,01%.

Comment une batterie de voiture produit-elle de l'hydrogène?

La batterie d'une voiture est remplie d'un mélange de 36% d'acide sulfurique (SO ₄ ) et 64% d'eau (H ₂ O). De l'hydrogène est libéré lorsque la batterie est en charge en raison d'un processus appelé électrolysedans laquelle l'eau se décompose en ses composants hydrogène (H) et oxygène (O) en présence d'une tension supérieure à l'équilibre de tension de décomposition. Cette tension est de 1.227 V pour l'eau. La tension normale pour une seule cellule de batterie au plomb est de 2,1 V et il y en a six en série dans une batterie de voiture (6 x 2,1 = 12,6 V). La tension de la cellule étant supérieure à la tension de décomposition de l'eau, de très petites quantités de gaz sont presque toujours produites. Cependant, le pire des cas (la plupart de l'hydrogène) est produit lors du forçage d'un courant maximum dans une cellule déjà complètement chargée. C'est aussi une réaction sensible à la température, donc des températures plus élevées auront tendance à produire plus de gaz.

Combien d'hydrogène est produit?

La réaction qui nous intéresse est celle des ions hydrogène (H ⁺ ) qui deviennent de l'hydrogène gazeux (H ₂ ). Les chimistes l'écriraient ainsi:

2H ⁺ + 2e ^- -> H ₂

Cela signifie simplement que deux ions hydrogène plus deux électrons produisent une molécule d'hydrogène gazeux. (Cela implique également que le gaz provient de l'électrode négative, mais rappelez-vous que c'est par cellule.)

En ignorant une grande partie des détails mathématiques et chimiques, nous pouvons calculer qu'à une température de 25 ° C (77 ° F), nous produisons environ 0,45 litre d'hydrogène gazeux par cellule par surcharge de 1 Ah (ampère-heure). Donc, pousser 10A à travers une batterie standard à 6 cellules entièrement chargée pendant une heure produirait 0,45 l / Ah x 6 x 10A x 1 h = 27 l d'hydrogène gazeux à 25 ° C. Pour que cela soit dangereux, nous aurions besoin d'au moins une concentration de 4%, nous aurions donc besoin d'un volume total d'air + hydrogène égal ou inférieur à 675 litres. Le démarrage rapide n'occupe généralement pas une heure entière et n'implique généralement pas la surcharge d'une batterie déjà chargée.

Où va l'hydrogène?

Comme le sait quiconque a déjà entendu parler de la catastrophe de Hindenburg, l'hydrogène est à la fois plus léger que l'air et aussi combustible. Parce qu'il est plus léger que l'air, tout gaz hydrogène libéré par la batterie aura tendance à augmenter.

L'essentiel

Dans le placement typique sous le capot d'une batterie de voiture, la plupart de l'hydrogène monte sans danger dans l'atmosphère dès que le capot est ouvert, mais davantage peut être produit lorsque la voiture démarre. C'est pourquoi les capots doivent rester ouverts et pourquoi il est également recommandé de connecter (et d'abord déconnecter) la connexion négative aussi loin de la batterie que possible.

Les concepteurs automobiles ont déjà effectué ces calculs et les concentrations sous le capot sont bien inférieures à 4%, même dans des situations extrêmes de dysfonctionnement du système de charge. Par exemple, des normes telles que IEEE 484 décrivent un objectif de conception ne dépassant pas 2%.

Premièrement, la raison de la connexion du jumplead positif avant le jumplead négatif est que pour que s'il glisse, vous le remarquerez avant de connecter le négatif. Si vous avez d'abord connecté le négatif puis le positif, l'un des clips de crocodile positifs pourrait glisser, entrer en contact avec le châssis de l'un des véhicules, court-circuitant ainsi la batterie et provoquant un énorme courant, entraînant un incendie . Avec les jumpleads enveloppés modernes, c'est moins un problème.

Deuxièmement, la raison la plus importante pour connecter le jumplead négatif au bloc moteur du véhicule mort est pour une meilleure connexion au démarreur. La masse du démarreur est connectée via son châssis au bloc moteur, donc le démarrage le plus efficace se produit lorsque le jumplead y est connecté. La connexion à la borne de la batterie introduit un chemin plus long entre le jumplead et le démarreur, elle doit donc être évitée car elle rend le démarrage moins efficace.

D'autre part, la connexion du fil négatif au bloc moteur augmente la résistance à la batterie du véhicule mort, évitant un courant de charge excessif. La connexion du câble négatif à la batterie du véhicule mort donnerait un courant de charge plus élevé (mais comme expliqué ci-dessus, un courant de démarrage plus faible.)