Investigation expérimentale et par modélisation des principaux mécanismes de vieillissement et de leurs couplages : application à l’essai virtuel de cellules au lithium

La décarbonation du transport repose en grande partie sur l’électrification des véhicules. Pour ces applications, la maîtrise du vieillissement de la batterie est un enjeu majeur, que ce soit au cours de sa première vie (à bord du véhicule) ou de sa seconde (réutilisation en stationnaire, par exemple).

Les campagnes de tests de vieillissement accéléré sont indispensables pour qualifier l’évolution des indicateurs de l’état de santé tels que la capacité et la résistance interne. Cependant, elles sont longues et coûteuses, et nécessitent une intervention manuelle fréquente lors des caractérisations périodiques. De plus, le vieillissement fait intervenir des mécanismes complexes (croissance de la SEI, dépôt de lithium métallique, fatigue mécanique…) qui peuvent se coupler et donner lieu à un changement brutal de la vitesse de dégradation (phénomène de “rupture de pente”).

Le verrou scientifique consiste donc à extrapoler ces essais dans le temps, en tenant compte de l’accélération des mécanismes et des possibles ruptures de pente. L’objectif est de réduire le temps d’essai en laboratoire et de limiter l’intervention manuelle, grâce à :

• Une caractérisation réalisée directement à la température de l’essai.
• Une extrapolation “virtuelle” des performances dans le temps, vers une température de référence ou d’autres conditions d’usage.

Pour relever ce défi, la thèse propose :

1. D’identifier précocement les mécanismes de dégradation dominants (électrochimie, thermique, mécanique) et leurs interactions.
2. De développer un modèle physique simplifié, robuste et peu coûteux en données expérimentales.
3. D’implémenter des méthodes d’extrapolation pour prédire la durée de vie et caractériser virtuellement la cellule, tout en assurant un niveau de confiance suffisant à quantifier.

Rejoignez-nous pour contribuer à la réduction du temps d’essai et au développement de la prochaine génération de batteries, à travers une approche de modélisation et d’essais virtuels révolutionnaires.

Présentation du CRITT M2A

Créé en 2000, le CRITT M2A est une PME indépendante (SAS) implantée sur plus de 10 000 m² dans les Hauts-de-France. Acteur majeur dans la réalisation d’essais technologiques, le CRITT M2A propose des prestations R&D de pointe pour l’automobile, l’aéronautique et le ferroviaire. Organisé en 5 pôles (caractérisation performance batterie, essais abusifs et homologation réglementaire, vérification de la production, e-powertrain et R&D), il dispose d’équipements de test et de caractérisation de systèmes de stockage d’énergie (bancs de cellules, modules, packs, etc.) jusqu’à 750 kW.

• 10 000 m² pour plus de 40 M€ d’investissements
• 40 salariés
• Un fort engagement R&D, avec des projets innovants et des thèses lancées chaque année
• Accueil de 30 à 35 stagiaires par an
• Certification ISO 17025 concernant la caractérisation des enceintes thermostatiques et ISO 14001

Présentation du laboratoire IMS

Le Laboratoire IMS possède une expertise reconnue en caractérisation, modélisation et diagnostic du vieillissement des batteries, avec pour objectif de maîtriser leur fiabilité. Il participe à de nombreux projets de recherche nationaux sur les systèmes de stockage d’énergie, en particulier les batteries Li-ion. Ses moyens expérimentaux (plateforme CACYSSÉE) permettent de tester les toutes dernières générations de cellules et de capitaliser des données de vieillissement essentielles à la R&D industrielle.

Profil du candidat

• Formation : Ingénieur ou Master 2 en automatique, électrotechnique, énergie, ou tout autre domaine connexe.
• Compétences :
  • Modélisation multi-physiques, simulation et optimisation.
  • Maîtrise de Matlab ou équivalent (Scilab).
  • Connaissances en modélisation de batteries (lois de vieillissement, phénomènes électrochimiques).
  • Des connaissances en électrochimie et en diagnostic batterie (analyse incrémentale, EIS…) sont fortement appréciées.
  • Autonomie, sens de l’initiative et bon niveau d’anglais.