Prolifération des piles boutons : nécessité ou mauvaise conception ?

Les piles boutons sont largement utilisées comme sources d'alimentation de base primaire (non rechargeable) pour de nombreux produits électroniques hautement portables et pour les dispositifs de surveillance à distance de l'Internet industriel des objets (IIoT). Avec la prolifération des conceptions ultrabasse consommation, ces piles ont une autonomie de plusieurs mois, voire plusieurs années, ce qui est plutôt incroyable. Mais les choses sérieuses (comprenez l'exaspération et la frustration) commencent parfois lorsque vous devez les remplacer.

Pourquoi ? Parce que si vous avez de la chance, la pile dont vous avez besoin est un modèle standard, disponible à grande échelle. Si ce cas est assez fréquent, il ne correspond pas toujours à la réalité. Les piles boutons sont disponibles dans des centaines de tailles (combinaisons du diamètre et de l'épaisseur) et avec différentes compositions chimiques de base (comme l'oxyde d'argent ou le lithium), tensions nominales et capacités nominales en milliampère-heure (mAh). Seule une fraction de millimètre sépare certains modèles, mais cela est suffisant pour que le remplacement ne s'ajuste pas correctement ou ne fonctionne pas de façon fiable.

Dans un monde idéal, l'ingénieur de conception réserverait un espace donné à la pile dès le début de la phase de conception, choisirait un modèle assez courant avec la tension et la capacité nominales adaptées, veillerait à ce que la conception finale ait l'espace physique nécessaire et respecterait le budget énergétique tout au long de la conception. Mais l'ingénierie constitue l'art de transformer les objectifs en réalité tout en faisant des compromis et des concessions. Et parfois, de petits imprévus liés à la conception nécessitent la modification du plan initial, même s'il était de bonne foi.

Il y a plusieurs années, j'ai discuté avec le concepteur d'un produit grand public que j'avais en ma possession et qui utilisait une pile bouton difficile à trouver. Je lui ai demandé sans détour : « Pourquoi avez-vous fait ça ? » Sa réponse fut simple (je la paraphrase, bien entendu) : « Lors de la finalisation du format de la conception, nous nous sommes rendu compte que l'espace restant n'était pas suffisant pour la pile que nous voulions utiliser au départ. La solution la plus simple était de trouver une pile dotée de la tension et de la capacité nominales adaptées, mais qui était un peu plus petite. » Il a ajouté qu'il s'agissait d'un article de nomenclature faisant l'objet d'une commande spéciale et de délais d'approvisionnement plus longs, mais que ce n'était pas un problème étant donné qu'ils devaient encore réaliser l'usinage du produit. Pour résumer, malheureusement, les acheteurs du produit n'ont pas été pris en considération lors de la prise de la décision.

Vérification des numéros de pile

Parfois, le numéro de la pile possède plusieurs références croisées, ce qui complique le défi lié à son remplacement. Certaines de ces références croisées sont exactes, tandis que d'autres sont proches et diffèrent uniquement par leur composition chimique ou leur capacité en mAh, mais peuvent quand même fonctionner (du moins pendant un certain temps).

Malgré tout, connaître le nom de la pile et son numéro peut ne pas suffire. Ma petite lampe porte-clés que j'ai reçue en cadeau avait besoin d'une nouvelle pile (Figure 1). Bien sûr, elle doit certainement coûter moins cher que la pile de rechange (je l'ai eue gratuitement, alors je ne vais pas me plaindre). Toutefois, en tant qu'ingénieur, je voulais au moins savoir s'il existait un modèle de rechange, et à quel prix.

Figure 1 : Grâce à ce porte-clés à LED gratuit, j'ai pu constater que les piles boutons peu répandues peuvent constituer un défi majeur lorsqu'elles doivent être remplacées. (Source de l'image : Bill Schweber)

Je pensais que cela serait facile, étant donné que le nom du fournisseur (Lumatec), le numéro du modèle (AR18) et la tension (4,5 V) étaient marqués sur la pile (Figure 2). Que de précieuses informations ! Notez qu'il s'agit là du parfait exemple d'économies poussées à l'extrême : la sortie LED est simplement raccordée à la pile avec du ruban adhésif. On peut considérer cela comme une conception minimaliste intelligente ou comme de la médiocrité absolue, ou les deux à la fois.

Figure 2 : Heureusement, en y regardant de plus près, la pile portait clairement le nom du fournisseur, le numéro de modèle et même la tension nominale. Remarquez le ruban adhésif utilisé pour raccorder la sortie LED à la pile. (Source de l'image : Bill Schweber)

J'ai fait des recherches en ligne, mais je n'ai pas trouvé le nom du fournisseur ni le numéro de la pile. Je suis donc passé à l'étape suivante : j'ai mesuré la pile (Figure 3) et constaté que son boîtier faisait 23 mm, auxquels venait s'ajouter la bordure pour un diamètre total de 25 mm, avec une épaisseur de 6,5 mm. J'ai ensuite cherché des piles de 4,5 V de ces dimensions sur plusieurs sites de fournisseurs de piles boutons, sans succès. Finalement, j'ai décidé que j'avais perdu assez de temps et qu'il fallait laisser tomber avant que cela ne tourne à l'obsession.

Figure 3 : Je suis passé au niveau supérieur en mesurant les différentes dimensions de la pile, première étape logique dans ma chasse à la pile de rechange en ligne. (Source de l'image : Bill Schweber)

D'après mon expérience, il existe environ cinq à dix modèles de piles boutons représentatifs de tous les dispositifs que j'ai utilisés et qui sont disponibles dans tous les magasins. Elles sont également largement disponibles auprès des distributeurs pour ceux qui veulent en acheter des quantités dignes de fabricants OEM.

Le modèle CR2032 de Panasonic figure parmi mes préférés. Cette pile bouton au lithium-dioxyde de manganèse de 3 V, 225 mAh et 20,0 mm (Figure 4) est tellement utilisée que Digi-Key en compte près de trois millions en stock.

Figure 4 : La pile bouton CR2032 de Panasonic (à gauche) est largement utilisée et disponible à grande échelle. Avec ses dimensions (à droite), elle est adaptée à de nombreuses applications. Elle offre par ailleurs une capacité nominale conséquente de 225 mAh. (Source des images : Panasonic)

J'apprécie également le modèle 357-303VZ d'Energizer Battery Company, une pile à l'oxyde d'argent de 1,55 V, 150 mAh et 11,6 mm. J'ai toujours plusieurs exemplaires de ces piles et d'autres modèles dans mon stock personnel, pour ne pas avoir à aller au magasin tard le soir ou par mauvais temps. Étant donné leur durée de conservation de cinq ans ou plus, je pense que c'est une bonne stratégie.

Je n'ai qu'une seule chose à demander aux concepteurs : s'il vous plaît, tenez-vous-en à votre décision d'origine en ce qui concerne le modèle de pile bouton, sauf si vous avez vraiment un argument irréfutable qui vous pousse à changer d'avis. Vous y gagnerez beaucoup, votre chaîne d'approvisionnement sera simplifiée et vos clients finaux seront contents. Autre point tout aussi important : ils ne seront pas fâchés contre les ingénieurs en général pour leur avoir inutilement compliqué la vie.