Les condensateurs sont l'un des composants de base les plus importants de l'électronique moderne. Des smartphones et ordinateurs portables aux systèmes d'automatisation industrielle et aux équipements d'énergie renouvelable, ils sont presque toujours au cœur de la conception. Pour utiliser efficacement les circuits électroniques, il est nécessaire de comprendre les différents types de condensateurs et leur rôle dans différentes applications.
Les différents types de condensateurs offrent une grande polyvalence d'application. Les condensateurs courants peuvent être classés selon leur matériau diélectrique, leur polarité, leur structure et leur application. Chacun présente des avantages et des inconvénients qui déterminent les circuits dans lesquels il est adapté.
Cet article présente de manière systématique les différents types de condensateurs, notamment leurs structures, leurs caractéristiques, leurs applications et leurs procédés de fabrication. Après lecture, vous comprendrez mieux les méthodes de classification et de sélection des différents types de condensateurs, et serez en mesure de mieux choisir les condensateurs les plus adaptés à votre conception électronique.
Qu'est-ce qu'un condensateur ?
Le condensateur est l'un des composants passifs les plus importants en électronique. Il s'agit d'un dispositif électronique capable de stocker et de restituer de l'énergie dans un champ électrique. Il est constitué de deux plaques conductrices, séparées par un matériau isolant appelé diélectrique. Lorsqu'une tension est appliquée aux deux plaques, des charges positives et négatives s'accumulent, permettant au condensateur de stocker temporairement de l'énergie. Ce principe fondamental est commun à tous les types de condensateurs.
La formule de définition de la capacité (C) est :
Où? :
• Q = charge électrique (en coulombs)
• V = tension appliquée (en volts)
• C = capacité (en farads)
La valeur réelle de la capacité dépend du type de condensateur, notamment de la surface des plaques, de la distance entre elles et de la constante diélectrique du matériau. C'est pourquoi les différents types de condensateurs présentent des performances différentes.
Le symbole standard d'un condensateur est représenté ainsi : deux lignes parallèles représentent les condensateurs non polarisés, tandis qu'une ligne droite et une ligne courbe représentent les condensateurs polarisés. Savoir identifier le symbole des condensateurs et distinguer les différents types de condensateurs est une compétence fondamentale pour les ingénieurs, les techniciens et les passionnés d'électronique.
Comment les condensateurs sont classés
Les condensateurs peuvent sembler similaires en apparence, mais en réalité, ils sont différents. Pour mieux comprendre les différents types de condensateurs, les ingénieurs et les concepteurs les classent généralement selon plusieurs critères importants : polarité, adaptabilité et matériau diélectrique. Cela permet de comparer plus facilement les différents types de condensateurs et de sélectionner le type de condensateur approprié pour le circuit.
Tableau de classification des condensateurs
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Classification
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Sous-catégorie
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Description
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Exemples / applications courants
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Par polarité
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Condensateurs polarisés
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Avoir des bornes positives et négatives, doivent être connectées dans le bon sens, principalement pour les circuits CC
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Condensateurs électrolytiques, condensateurs au tantale, condensateurs polymères
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Condensateurs non polarisés
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Aucune restriction de polarité, peut être utilisé dans les circuits CA, largement utilisé pour le filtrage, le couplage et le découplage
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Condensateurs céramiques, condensateurs à film, condensateurs au mica, condensateurs en verre
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Par ajustabilité
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Condensateurs fixes
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Les types de condensateurs les plus courants offrent une capacité constante, sont fiables et faciles à utiliser
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Tous les condensateurs fixes standards dans les circuits électroniques
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Condensateurs variables
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Permet un réglage manuel ou électronique de la capacité, utilisé pour un réglage et un étalonnage précis
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Condensateurs de réglage (radios, RF), condensateurs ajustables (étalonnage de circuit)
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Par matériau diélectrique
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Condensateurs en céramique
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Compact, économique, excellent pour les hautes fréquences
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Circuits haute fréquence, filtrage, découplage
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Condensateurs film
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Stable, longue durée de vie, bonnes caractéristiques de température
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Circuits audio, synchronisation, correction du facteur de puissance
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Condensateurs électrolytiques
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Très haute capacité, utilisée dans les alimentations électriques
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Filtrage de l'alimentation électrique, stockage d'énergie
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Condensateurs au tantale
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Petite taille, densité de capacité élevée, très fiable
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Dispositifs médicaux, électronique portable
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Condensateurs polymères
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Faible ESR, capacité de courant d'ondulation élevée
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Cartes mères, télécoms, informatique
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Condensateurs au mica
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Extrêmement stable, très précis
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Circuits RF, réglage de précision
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Condensateurs en papier
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Technologie plus ancienne, sensible à l'humidité
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Matériel vintage, circuits anciens
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Condensateurs en verre
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Haute stabilité, résistant à la chaleur, durable
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Militaire, aérospatial, environnements difficiles
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Condensateurs à air
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Structure essentiellement variable et simple
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Réglage radio, adaptation d'antenne
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Supercondensateurs (Ultracondensateurs)
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Très haute capacité, pont entre condensateurs et batteries
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Alimentation de secours, récupération d'énergie, freinage régénératif
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Principaux types de condensateurs et leurs caractéristiques
Il existe différents types de condensateurs, chacun d'entre eux se distinguant par sa structure, ses performances et ses applications. Pour une comparaison et une compréhension plus intuitives, le tableau suivant résume les principales caractéristiques et les applications typiques des principaux types de condensateurs, permettant ainsi aux ingénieurs et aux électroniciens de sélectionner rapidement les composants appropriés.
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Type de condensateur
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Polarité
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Gamme de capacité
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Fonctionnalités clés
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Coût / Taille
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Applications typiques
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Condensateurs en céramique
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Non polarisé
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1 pF ~ plusieurs µF
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Excellentes performances haute fréquence, faible ESR ; Classe 1 (stable, faible perte), Classe 2 (densité plus élevée, moins précise)
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Très petit, faible coût
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Découplage PCB, circuits RF, suppression du bruit moteur, filtrage de l'alimentation
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Condensateurs film
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Non polarisé
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nF ~ centaines de µF
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Haute stabilité et précision, longue durée de vie, auto-réparation
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Plus grand que la céramique, plus cher
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Suppression EMI, audio hi-fi, correction du facteur de puissance, filtrage haute tension
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Condensateurs électrolytiques
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Polarisées
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µF ~ milliers de µF
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Capacité très élevée, ESR plus élevé, durée de vie limitée (évaporation de l'électrolyte)
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Taille moyenne, prix bas
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Lissage de l'alimentation, blocage/couplage CC, amplificateurs audio, filtrage d'ondulation
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Condensateurs au tantale
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Polarisées
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µF ~ centaines de µF
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Haute densité de capacité, stable et fiable, risque de court-circuit
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Très petit, cher
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Appareils mobiles, ordinateurs portables, électronique médicale, circuits de synchronisation
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Condensateurs polymères
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Polarisées
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µF ~ centaines de µF
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ESR très faible, capacité de courant d'ondulation élevée, longue durée de vie
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Coût plus élevé, tension limitée
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Cartes mères, cartes graphiques, SSD, télécoms, convertisseurs DC/DC hautes performances
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Supercondensateurs (Ultracondensateurs)
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Polarisées
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mF ~ milliers de F
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Capacité extrêmement élevée, charge/décharge rapide, courant de fuite élevé
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Grande taille, faible tension nominale
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Alimentation de secours, freinage régénératif, stockage d'énergie renouvelable, systèmes embarqués
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Condensateurs au mica
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Non polarisé
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pF ~ centaines de pF
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Très précis, très stable, très faible perte diélectrique
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Grande taille, cher
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Circuits RF, résonateurs, oscillateurs, synchronisation de précision
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Condensateurs en papier
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Non polarisé
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nF ~ µF
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Technologie obsolète, sensible à l'humidité
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Faible coût, en grande partie obsolète
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Audio vintage, circuits haute tension hérités
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Condensateurs en verre
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Non polarisé
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pF ~ nF
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Extrêmement stable, résistant à la chaleur, très fiable
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Très grand, très cher
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Aérospatiale, amplificateurs RF, circuits micro-ondes
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Condensateurs à air
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Non polarisé
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pF ~ centaines de pF
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Structure simple, principalement variable
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Petite capacité, encombrant
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Réglage radio, adaptation d'antenne, oscillateurs RF
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Condensateurs variables
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Non polarisé
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pF ~ centaines de pF
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Capacité réglable (types de réglage et de trimmer)
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Généralement plus grand
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Réglage, étalonnage et réglage de précision de la radio
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Procédés de fabrication de condensateurs
La méthode de fabrication des condensateurs a un impact direct sur leurs performances, leur fiabilité et leur coût. Les différents types de condensateurs adoptent des procédés de production différents, de sorte que leurs caractéristiques et leurs applications peuvent également varier considérablement.
Condensateurs électrolytiques
Habituellement, la feuille d'aluminium est d'abord gravée pour augmenter sa surface, puis une fine couche d'oxyde se forme à sa surface par oxydation anodique. Cette couche d'oxyde constitue le diélectrique du condensateur.
Ensuite, enroulez la feuille d’aluminium avec du papier séparateur, puis injectez l’électrolyte.
Les composants bobinés sont ensuite placés dans un boîtier métallique pour être encapsulés et subir un traitement de vieillissement. Ce traitement permet de réparer les défauts mineurs et de stabiliser les performances électriques.
céramique
Lors de la production, la poudre céramique (comme le titanate de baryum) est d'abord mélangée à un liant pour former une suspension céramique, puis une couche d'électrode métallique est imprimée ou superposée sur sa surface.
Ensuite, ces couches sont empilées et pressées à plusieurs reprises en feuilles, découpées en petits morceaux, puis soumises à un frittage à haute température (cuisson) et à un traitement de cuisson pour lier fermement la céramique et le métal.
Enfin, un placage est effectué aux deux extrémités du condensateur pour former les bornes de sortie, obtenant ainsi le condensateur céramique multicouche (MLCC) que nous voyons couramment.
Condensateurs à film
En utilisant des films plastiques (tels que le polyester ou le polypropylène) comme diélectrique, un traitement de métallisation est d'abord effectué sur les films ou ils sont laminés avec des feuilles métalliques, puis ils sont enroulés en forme.
Les composants bobinés sont pressés, chauffés et durcis, puis encapsulés dans de la résine sur la couche extérieure. Cela permet non seulement d'isoler le condensateur de l'influence de l'environnement extérieur, mais aussi d'améliorer considérablement sa durée de vie et sa fiabilité.
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Choisir le bon condensateur
Lorsque vous choisissez parmi les nombreux types de condensateurs, tenez compte des éléments suivants :
• Valeur de capacité (pF, nF, µF, F)
• Tension nominale (doit dépasser la tension de fonctionnement)
• ESR et réponse en fréquence
• Tolérance (exigences de précision)
• Taille et coût
• Application (filtrage, timing, découplage, stockage d'énergie)
Conclusion
Les condensateurs sont présents dans presque tous les appareils électroniques, qu'il s'agisse de la plus petite puce de condensateur en céramique ou du grand module de supercondensateur ; différents types de condensateurs jouent tous un rôle dans la réalisation du stockage d'énergie, de la régulation du signal et de la stabilité du circuit.
En comprenant les caractéristiques, les processus de fabrication et les applications de différents types de condensateurs, nous pouvons faire des choix plus appropriés, garantissant ainsi les performances et la fiabilité du circuit.
Avec le développement des nanomatériaux et des diélectriques améliorés, les futurs types de condensateurs continueront de se développer, entraînant de nouvelles innovations dans des domaines tels que l'électronique, l'automobile et l'énergie.
FAQ sur les condensateurs
Q1. Quel type de condensateur a la capacité la plus élevée ?
Les condensateurs électrolytiques et les supercondensateurs offrent les valeurs de capacité les plus élevées. Les supercondensateurs peuvent atteindre des milliers de farads, mais présentent de faibles tensions nominales.
Q2. Quels condensateurs durent le plus longtemps ?
Condensateurs à film Leur durée de vie est généralement la plus longue grâce à leur diélectrique stable et à leur faible courant de fuite. Les condensateurs céramiques (MLCC) offrent également une longue durée de vie dans la plupart des applications.
Q3. Puis-je remplacer un condensateur électrolytique par un condensateur céramique ?
Pas toujours. Les condensateurs électrolytiques sont choisis pour leurs valeurs de capacité élevées, tandis que les condensateurs céramiques ont généralement une capacité plus faible. La substitution dépend des exigences du circuit.
Q4. À quoi servent les supercondensateurs ?
Les supercondensateurs sont utilisés lorsqu'une charge/décharge rapide et un stockage d'énergie de secours sont nécessaires, comme la protection de la mémoire, le freinage régénératif et les systèmes d'énergie renouvelable.
Q5. Pourquoi les condensateurs sont-ils polarisés ?
Les condensateurs polarisés (comme les condensateurs électrolytiques et au tantale) sont conçus pour supporter des tensions continues selon une orientation spécifique. Une polarité incorrecte peut détruire la couche diélectrique et endommager le condensateur.
Q6. Quel est le principal inconvénient des condensateurs par rapport aux batteries ?
Les condensateurs stockent moins d'énergie que les batteries et présentent des taux d'autodécharge plus élevés. Cependant, ils peuvent fournir de l'énergie beaucoup plus rapidement et supporter des millions de cycles.
