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Veille technologique
Batteries destinées aux appareils TIC po
Dr Martin Cooper
Photographe: Motorola
Dr Martin Cooper de Motorola, est considéré comme étant l’inventeur du premier combiné téléphonique portable aux Etats-Unis, en 1973. Cette photo a été prise en 2007, lors d’une reconstitution.

Le premier téléphone cellulaire commercial, le DynaTAC 8000X (Dynamic Adaptive Total Area Coverage) de Motorola, a été approuvé par la Commission fédérale des États-Unis sur les communications en 1983. On l’appelait «la brique» à cause de ses dimensions (33 cm x 4 cm x 9 cm) et de son poids (0,9 kg). La batterie de ce téléphone offrait une demi-heure d’autonomie en conversation, jusqu’à huit heures d’autonomie en veille et prenait dix heures à recharger.
 
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Photographe: Motorola
Les piles à méthanol à combustion directe (DMFC) pourraient bien être la technologie énergétique de demain

Le premier téléphone cellulaire commercial du monde, de la taille d’une brique (voir photo à la page 41) offrait une demi-heure d’autonomie en conversation, jusqu’à huit heures d’autonomie en veille et prenait dix heures à recharger. Si les batteries constituent encore le maillon faible des appareils mobiles, elles ont néanmoins beaucoup évolué. La batterie d’un téléphone intelligent 3G, par exemple, offre plus de dix heures d’autonomie en conversation 2G, cinq heures d’autonomie 3G, cinq heures d’utilisation 3G de l’Internet, six heures d’utilisation de l’Internet Wi-Fi, sept heures de lecture vidéo ou 24 heures de lecture audio, selon le fabricant. Ces améliorations vous permettent d’utiliser votre appareil toute la journée, et de laisser votre chargeur chez vous.

Un an après le lancement du téléphone qui ressemblait à une brique, quelque 300 000 personnes de par le monde bénéficiaient d’un abonnement à un téléphone mobile. À l’heure actuelle, plus de 25 ans après, elles sont 4,6 milliards. Les batteries sont l’élément déterminant de l’utilité des appareils portables déployant les technologies de l’information et de la communication (TIC). Le nombre d’utilisateurs de mobiles progressant sans arrêt, les fabricants et les pouvoirs publics investissent dans la recherche sur des batteries plus propres, à plus faible consommation d’énergie et plus durables pour alimenter les appareils électroniques portables et toutes ces fonctions qui consomment tant d’énergie. L’alerte technologique* la plus récente de l’UIT récapitule les principales tendances et évolutions des technologies des batteries pour appareils mobiles.

Les progrès de la puissance de traitement et les liaisons de télécommunications de nouvelle génération ont rendu les appareils plus mobiles encore et ont fait progresser la demande de téléphones mobiles, d’ordinateurs portables et d’autres gadgets, dont les livres électroniques, les lecteurs MP3 et les appareils photos numériques. Les voitures électriques hybrides, qui utilisent un bloc-batterie, sont les vedettes de bien des salons de l’automobile. C’est justement ce qui s’est passé au Salon international de l’automobile 2010 de Genève, où l’UIT, l’ISO et la CEI ont organisé conjointement l’atelier «La voiture branchée 2010@Salon de l’automobile à Genève», les 3 et 4 mars.

L’UIT estime que, d’ici la fin 2010, le monde comptera cinq milliards d’abonnés à la téléphonie mobile. Une part importante de cette croissance est imputable aux pays en développement, où les utilisateurs ont souvent à faire preuve d’imagination pour pallier le manque d’électricité. En zones rurales, certains points rechargent les unités prépayées, mais aussi les batteries. Si l’on veut connecter les utilisateurs où qu’ils se trouvent et resserrer la fracture numérique, il est impératif de promouvoir le développement de batteries ou d’appareils ne faisant pas exclusivement appel au réseau électrique pour leur rechargement, et aussi d’améliorer et d’élargir progressivement l’infrastructure énergétique.

Les études de marché indiquent que le marché mondial des batteries, représentant 71 milliards USD par an (les batteries rechargeables en représentant les deux tiers) pourrait progresser de 4,8% par an jusqu’en 2012.

Caractéristiques des batteries

On constate une amélioration des batteries sur le plan de la densité énergétique, mais les forts besoins énergétiques des appareils ont annulé les avantages que constitue cette performance améliorée. Le résultat net est que leur durée de fonctionnement est inchangée.

Ce que l’on recherche, c’est une batterie petite, légère, sans danger et écologique, à forte densité énergétique, et d’une longue durée de fonctionnement et de vie. Cette percée n’a pas encore eu lieu, mais les technologies existantes sont peu à peu améliorées et adaptées pour répondre aux besoins d’appareils ou d’applications spécifiques.

Il n’existe pas de procédure normalisée pour informer sur le temps de fonctionnement d’une batterie pour tel ou tel type d’appareil informatique. Les fabricants et les publicitaires précisent la durée de fonctionnement et la durée de vie, mais il convient de traiter cette information avec une certaine prudence puisque ces fonctions dépendent du mode d’utilisation, qui peut être variable. Par exemple, le réglage de la puissance et l’utilisation de telle ou telle fonction (Wi-Fi, lecteur DVD) ou application sont autant de facteurs pouvant avoir un impact sur la durée de fonctionnement et de vie d’une batterie.

Technologies actuelles

Ce sont les batteries au lithium-ion (Li-ion) et les batteries hybrides nickel-métal (NiMH) qu’on utilise le plus fréquemment dans les appareils électroniques portables. Les batteries Li-ion ont en général une plus forte densité énergétique que les NiMH. Par ailleurs, elles permettent un plus grand nombre de cycles de charge/décharge sans effet sur la mémoire, ce qui assure une durée de vie plus longue. On estime que les batteries Li-ion perdent jusqu’à 5% de leur capacité par mois par autodécharge, alors que les batteries NiMH en perdent jusqu’à 30% par mois.

La taille et le poids sont des facteurs déterminants du choix d’une batterie pour un appareil portable. Les batteries Li-ion se présentent sous différentes formes et tailles et sont relativement légères, mais les batteries NiMH comportent plusieurs avantages par rapport au Liion, dont leur coût inférieur, leur courrant élevé et le fait de ne pas avoir à utiliser de circuits de protection commandés par processeur. On trouve souvent les batteries NiMH dans les appareils photos numériques. Quant aux batteries au plomb, elles sont trop lourdes pour être utilisées dans les appareils mobiles, et les batteries au nickelcadmium (NiCd) ont été interdites à la vente dans l’Union européenne car elles contiennent des composés toxiques.

Nouvelles sources d’énergie pour les appareils mobiles

L’obligation de recharger les batteries compromet la mobilité et l’autonomie des appareils qu’elles alimentent, et les fabricants cherchent donc à améliorer les techniques.

Si l’on pouvait miniaturiser les technologies photovoltaïques et la technologie des piles à combustible et les déployer dans les appareils électroniques portables, l’autonomie entre deux chargements serait plus grande. Il se pourrait que les systèmes de piles à combustible, en particulier les piles à méthanol à combustion directe (DMFC) soient la technologie de demain. Tout comme les piles classiques, les piles à combustible produisent de l’énergie grâce à une réaction électrochimique, la principale différence étant que tant qu’elles sont alimentées, les piles se chargent en continu.

Les DMFC actuelles ont une puissance faible, mais elles sont capables de stocker un fort contenu énergétique dans un espace réduit. Cela signifie qu’elles peuvent produire une faible puissance sur une longue durée. Elles sont donc d’une utilisation idéale pour les biens de consommation tels que les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et les appareils photos. Les principaux obstacles à leur utilisation ont trait à la puissance admissible, au compactage et au coût. À l’heure actuelle, on trouve généralement les piles à combustible dans les environnements où aucune combustion n’est possible, et où il n’est pas question de tolérer les gaz d’échappement toxiques — à bord des engins spatiaux ou des sousmarins , par exemple.

La nanotechnologie est un autre domaine prometteur, car les qualités des nanomatériaux peuvent aider à mettre au point des batteries Li-ion à haute performance. Mais avant que la nanotechnologie puisse être utilisée dans les biens de consommation, de nouvelles recherches s’imposent pour mieux comprendre les mécanismes régissant le stockage du lithium dans les nanomatériaux, et pour parvenir à la synthèse contrôlée et à large échelle des nanostructures et au transport kinétique à l’interface entre l’électrode et l’électrolyte.

Un secteur de recherche plus récent encore s’intéresse aux minuscules micro-batteries, qui font environ la moitié de la taille d’une cellule humaine. Ces micro-batteries pourraient être fixées sur diverses surfaces et pourraient un jour alimenter divers appareils miniatures. La nanotechnologie ou la technologie de piles de la taille d’une cellule ont le potentiel de créer de nouvelles fonctions et de lancer une nouvelle ère pour la mobilité.

Chargeurs et chargements

Lorsque quelqu’un remplace son téléphone mobile, il est généralement obligé de remplacer aussi le chargeur, qui, souvent, n’est même pas compatible avec d’autres appareils du même fabricant.

Ces chargeurs inutilisables deviennent d’inutiles déchets électroniques, et sont aussi un désagrément. Dans le cadre de ses travaux sur les TIC et le changement climatique, le Secteur de la normalisation des télécommunications de l’UIT (UIT–T) travaille sur une norme technique pour un chargeur à faible consommation d’énergie qui conviendrait pour tous les téléphones portables. Mise au point par la Commission d’études 5 de l’UIT–T sur l’environnement et le changement climatique, la Recommandation L.1000 (anciennement L.adapter) relative à une solution universelle pour les adaptateurs et chargeurs de terminaux mobiles et autres appareils TIC prévoit des spécifications de haut niveau pour un adaptateur et chargeur de courant universels. Cette norme permettra de réduire le nombre d’adaptateurs et de chargeurs de courant fabriqués puis recyclés, car ils pourront être utilisés par un plus grand nombre d’appareils et permettront d’allonger la vie de ces appareils.

Le rechargement sans fil est un domaine de recherche qui vise à rendre obsolètes chargeurs et câbles. Il s’agirait d’alimenter les appareils mobiles rapidement, la transmission se faisant sur des distances de plusieurs mètres en utilisant le couplage électromagnétique non radiatif. Cette technique permet déjà d’alimenter, sans câble, des appareils tels que les combinés DECT dans la gamme allant de quelques milliwatts à plusieurs kilowatts.

Grâce à toutes ces technologies prometteuses, on peut être résolument optimiste quant à l’avenir de l’énergie et des communications au service de tous.

 

* Les alertes technologiques sont établies par le Bureau de la normalisation des télécommunications de l’UIT (TSB) pour présenter de manière concise les nouvelles technologies et tendances dans le secteur des TIC. L’alerte technologique relative aux «batteries pour appareils TIC portables», publiée en février 2010, peut être téléchargée sur «www.itu.int/ITU-T/techwatch/reports.html». Le TSB aimerait connaître votre réaction à ces rapports et accepte les propositions de thèmes à intégrer aux futures publications sur la Veille technologique. Prière d’envoyer vos observations à tsbtechwatch@itu.int

 

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