Détection de dégagement de gaz des batteries lithium-ion : un tournant pour la protection des data centers et systèmes de stockage d’énergie par batterie
En 2020, une équipe de recherche de FM a mené une série d’expériences sur des batteries lithium-ion dans des conditions impossibles à reproduire ailleurs.
Le protocole consistait à insérer les batteries dans des tubes métalliques recouverts de bandes chauffantes ou à leur envoyer une tension électrique élevée à l’aide de câbles. La chambre d’essai était ensuite fermée, puis l’équipe attendait, parfois plus d’une heure, qu’un bruit caractéristique (un pop suivi d’un sifflement) rompe le silence.
Répétés des dizaines de fois sur plusieurs mois, ces tests visaient à répondre à une question cruciale pour les entreprises du monde entier : est-il possible de détecter les signes avant-coureurs d’un incendie ou d’une explosion de batteries lithium-ion assez tôt pour éviter un sinistre ?Sujit Purushothaman, responsable de l’étude et ingénieur-chercheur senior chez FM, en a présenté les résultats lors d’une conférence de l’IEEE, organisation professionnelle technique comptant plus de 400 000 membres dans plus de 160 pays. Son article conclut que dans certaines situations, les détecteurs de gaz donnent l’alerte suffisamment tôt pour empêcher une réaction en chaîne appelée emballement thermique, qui peut se solder par une explosion ou un incendie.
Premier programme de recherche indépendant sur le dégagement de gaz des batteries lithium-ion, ces essais ont marqué une avancée scientifique décisive dans la lutte contre un risque émergent majeur.
« Si quelqu’un formule une hypothèse, notre rôle est de l’étudier », explique Sujit Purushothaman.
Pour lui et son équipe, composée notamment des ingénieurs prévention Anjali Rathesh et Jim Almeida, cette démarche va bien au-delà de la théorie. Plusieurs dizaines de batteries lithium-ion ont été mises à rude épreuve au cours de cette étude, parfois jusqu’au point de non-retour. Réalisée lors de ces tests, la vidéo ci-dessous montre une batterie subissant un emballement thermique : après un pop et un sifflement, elle explose.
Trois questions clés sur la détection de gaz
1. Quel est le principe de la détection de gaz ?
La plupart des batteries lithium-ion, comme celle de l’appareil sur lequel vous lisez cet article, fonctionnent sans problème. Lorsqu’elles font les gros titres, c’est généralement en raison d’un emballement thermique.
L’emballement thermique désigne une réaction en chaîne qui est provoquée par des batteries endommagées ou défectueuses, et peut entraîner un incendie et une explosion. Une fois enclenché, ce phénomène est irréversible.
Or quelques minutes avant l’emballement thermique, une batterie lithium-ion émet des vapeurs d’électrolyte. C’est ce dégagement gazeux, qui correspond aux fameux pop et sifflement, que l’équipe de recherche de FM a appris à détecter grâce à des capteurs.
Quelques précisions supplémentaires : les tests menés par l’équipe de Sujit Purushothaman consistaient à soumettre des batteries à une surcharge ou à une surchauffe dans une chambre d’essai équipée de détecteurs de gaz. Ces derniers ont permis de repérer les vapeurs émises dès leur libération par les cellules. Peu après le déclenchement des détecteurs, l’équipe mettait fin à la surcharge ou la surchauffe des batteries, ce qui évitait l’emballement thermique. Le délai observé entre le dégagement de gaz et l’emballement thermique variait de 5 à 20 minutes environ.
2. Qui peut tirer parti de cette technologie ?
Pour Erik Verloop, Directeur technique énergies renouvelables chez FM, la détection de gaz est un dispositif de protection performant, à mettre en œuvre dans tout environnement utilisant des batteries lithium-ion, y compris les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) et les data centers.
Data centers : de plus en plus de data centers intègrent des onduleurs à batteries lithium-ion. Sans dispositifs de sécurité adaptés, ces infrastructures stratégiques sont donc exposées à un risque d’emballement thermique, d’incendie et de dégagement de gaz toxiques.
Systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) : l’emballement thermique est l’un des risques majeurs auxquels sont confrontés les concepteurs de systèmes de stockage d’énergie par batterie et les assureurs. Face à l’essor des systèmes BESS de grande capacité, en particulier dans des zones densément peuplées ou confinées, il devient urgent d’adopter de solides stratégies de réduction des risques.
Comme le rappelle Erik Verloop, FM met régulièrement à jour ses fiches techniques de prévention des sinistres, comme la fiche technique 5-33, « Lithium-Ion Battery Energy Storage Systems », pour aider ses assurés et l’ensemble du secteur à protéger les équipements stratégiques et à renforcer la résilience.
Récemment, FM a également publié la première fiche technique sur les risques liés au stockage et à la fabrication des batteries lithium-ion. Pour en savoir plus sur sa genèse, cliquez ici. Par ailleurs, la fiche technique 5-32, « Data Centers and Related Facilities », recommande, parmi d’autres solutions de protection, l’installation de systèmes d’extinction à brouillard d’eau agréés FM dans les zones des data centers abritant des batteries lithium-ion de secours (risque de catégorie 2).
3. Existe-t-il des détecteurs de gaz agréés FM ?
En 2025, une nouvelle étape est franchie avec le premier agrément par FM Approvals, organisme de test et de certification indépendant de renommée internationale, d’un détecteur de gaz pour batteries lithium-ion : le Li-ion Tamer (LT-SEN-M) développé par Nexceris. Ce produit performant dans les espaces ouverts est particulièrement adapté à la protection des data centers.
FM Approvals a également agréé le système Gen2+ du Li-ion Tamer, une solution abordable et idéale pour des espaces plus réduits, par exemple des armoires ou des locaux dédiés aux batteries.
« C’est un tournant majeur, car jusqu’ici, on se demandait surtout comment réagir en cas de départ de feu », souligne Patrick Byrne, Responsable de groupe chez FM Approvals. « Aujourd’hui, on se demande comment l’éviter. »
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En mai dernier, FM a annoncé le lancement du programme Intellium pour aider ses assurés à faire face à l’évolution rapide des risques causée par la forte expansion de l’intelligence artificielle (IA) et du cloud computing, et aux besoins générés par ces innovations en termes de data centers et de production d’électricité.
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