Les condensateurs possèdent de nombreux atouts. Ils stockent l'énergie sous forme de charge électrique et non d'énergie chimique, par exemple. Cela permet généralement des temps de charge quasi instantanés et des courants de crête très élevés. Ils peuvent supporter des centaines de milliers de cycles de charge-décharge, contre quelques centaines pour les batteries classiques. Alors, quel est le problème ?
Une batterie fournit une tension relativement constante pendant toute sa durée de vie. Selon l'appareil, des problèmes de performance peuvent survenir lorsque la batterie est presque déchargée. Les smartphones, par exemple, passent en mode économie d'énergie. Ce mode permet non seulement de prolonger leur autonomie, mais aussi d'éviter les arrêts brusques et inattendus.
Comme vous pouvez le constater, la tension chute lorsque la batterie est presque déchargée. Dans votre téléphone, un circuit de conversion de puissance, intégré au système de gestion de l'alimentation, transforme l'énergie de la batterie, relativement instable, en une alimentation système très régulée (probablement sous forme de plusieurs tensions différentes). Il est important de noter la relation suivante : puissance = courant × tension. Ainsi, pour maintenir une puissance constante, lorsque la tension diminue, mon circuit doit consommer davantage de courant.
Chaque batterie possède une faible résistance interne. La loi d'Ohm explique qu'une chute de tension se produise dans la batterie. Sur le schéma, Vout = V0 − r × I, où I représente le courant. Ainsi, lorsque V0 diminue et que le circuit de gestion de l'alimentation doit consommer davantage de courant pour fournir la même puissance, la tension de sortie de la batterie chute encore plus rapidement. Ceci limite le courant de sortie maximal d'une batterie et explique également sa décharge rapide lorsqu'elle est presque épuisée.
Cependant, la tension de sortie, le courant de crête et la puissance totale d'un condensateur diminuent de façon exponentielle avec le temps. Le condensateur présente un avantage : il stocke la charge électrique, contrairement à une batterie qui la convertit en charge chimique. Ainsi, bien qu'il existe une résistance interne, celle-ci est infime et généralement négligeable. Les condensateurs peuvent fournir des courants très élevés pendant un court instant.
Mais pour alimenter un appareil, ils posent problème. Rappelons-nous mon besoin d'une alimentation constante pour mon système de gestion de l'énergie, sachant que la puissance est égale au produit du courant par la tension. Lorsque la tension chute rapidement, il faut compenser par une augmentation tout aussi rapide du courant pour fournir la même puissance. Des courants très élevés impliquent un circuit beaucoup plus coûteux, des composants de conversion de puissance plus volumineux, des pertes de puissance accrues sur les circuits imprimés, etc. C'est le même problème fondamental que celui rencontré par les batteries en fin de vie, sauf que cela se produit très tôt dans la durée de vie utile du condensateur. Et à mesure que le condensateur se décharge, le courant de crête, bien que toujours relativement élevé, diminue également.
L'autre problème est que les ultracondensateurs modernes ont une énergie spécifique bien inférieure à celle des batteries. Les meilleurs ultracondensateurs du marché atteignent 8 à 10 Wh/kg, la plupart se situant plutôt autour de 5 Wh/kg. Les meilleures batteries lithium-ion, quant à elles, délivrent près de 200 Wh/kg, et de nombreuses formulations peuvent même dépasser les 100 Wh/kg. Il faudrait donc environ 20 fois plus de poids pour utiliser des ultracondensateurs. Voire davantage, car à un certain point de la décharge, selon l'application, la tension chute trop bas pour être utilisable, entraînant un gaspillage d'énergie. De plus, contrairement aux condensateurs plus traditionnels, les ultracondensateurs présentent une résistance interne relativement élevée. Ils ne peuvent donc pas nécessairement supporter d'importants échanges de tension contre du courant.
Il y a ensuite l'autodécharge : la vitesse à laquelle l'énergie « fuite » d'un dispositif de stockage. Seules les cellules NiMH sont robustes, mais leur autodécharge peut atteindre 20 à 30 % par mois. Les cellules Li-ion réduisent ce taux à moins de 2 % par mois, selon la technologie Li-ion utilisée, voire 3 % dans certains systèmes en fonction des exigences de surveillance de la batterie. Les ultracondensateurs actuels perdent jusqu'à 50 % de leur charge dès le premier mois. Cela peut ne pas poser de problème pour un appareil rechargé quotidiennement, mais cela limite considérablement les applications des condensateurs par rapport aux batteries, du moins jusqu'à la mise au point de solutions plus performantes.
Du fait de leur nombre important, le coût actuel des ultracondensateurs peut être 6 à 20 fois supérieur à celui des batteries. Si votre application requiert une très faible puissance de sortie, notamment en cas de pics de courant très brefs et importants, l'ultracondensateur peut constituer une solution. Autrement, il ne remplacera pas les batteries dans un avenir proche.
Pour les applications à courant élevé comme les voitures électriques, l'utilisation d'ultracondensateurs seuls n'est pas encore pertinente. Cependant, les systèmes combinant ultracondensateurs et batteries peuvent s'avérer intéressants, car leurs différences sont très complémentaires : le transfert de courant élevé et la longue durée de vie du condensateur contrastent avec la haute densité énergétique de la batterie. De nombreux travaux sont en cours pour développer des ultracondensateurs et des batteries bien plus performants. Il est donc possible qu'un jour, l'ultracondensateur prenne en charge une plus grande partie des fonctions traditionnellement dévolues aux batteries.
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Date de publication : 6 janvier 2026