L'INSA Strasbourg et son laboratoire ICube recherche un stagiaire en master 2 avec une spécialisation en génie électrique, informatique et industriel, à partir de février 2023. Le sujet du stage portera sur le développement d'un passeport numérique des batteries pour un coût total de possession (TCO) et une empreinte carbone maîtrisés.

Le stockage de l’énergie devient un élément crucial pour assurer la gestion efficace des ressources désormais accessibles, surtout compte tenu de l’épuisement des ressources en combustibles fossiles et de l’objectif de minimiser nos émissions de gaz à effet de serre grâce à l’utilisation d’énergies renouvelables.

Une meilleure gestion du réseau électrique serait rendue possible par le stockage sur les sites de production utilisant des sources d’énergie renouvelables à forte variabilité (soleil, vent).

Le stockage de l’énergie électrique assurerait la continuité en cas de coupure de courant et permettrait un meilleur dimensionnement des installations au niveau des clients raccordés au réseau. Pour les applications embarquées, le stockage de l’énergie est indispensable et actuellement les stockeurs les mieux adaptés aux applications automobiles sont incontestablement les batteries Li-ion.

Cette technologie est actuellement au cœur de l’offre en matière de système de stockage pour le transport. Toutefois, son coût est encore très élevé et les constructeurs comptent surtout sur l’augmentation des volumes de production.

Ces batteries restent chères à fabriquer et les émissions de gaz à effet de serre dues à la fabrication de cette technologie sont de plus en plus problématiques. Les inquiétudes concernant les effets néfastes des batteries avec leur empreinte carbone et l’extraction des ressources augmentent.

Des passeports numériques pour les batteries avec des chaînes de valeur circulaires et durable [1]

Dans les discussions sur les approches visant à résoudre ces problèmes, le concept d’un passeport pour les batteries gagne en popularité auprès des régulateurs, des investisseurs et des organisations.

En Europe, une proposition de mise à jour de la directive sur les batteries de 2006 vise à garantir que la croissance de l’industrie des batteries se fasse de manière durable.

En mars 2022, la proposition de modification de la réglementation européenne sur les batteries a fait l’objet de nouvelles mises à jour, définissant la structure permettant de parvenir à des cycles de vie durables des batteries.

Objectifs scientifiques

Aujourd’hui, l’axe principal de progrès pour les applications électrifiées repose incontestablement sur le développement de systèmes de stockage d’énergie embarqués apportant des solutions pour améliorer l’autonomie, la durée de vie des batteries, le volume, la masse, le coût total de possession (TCO) et la sécurité.

La batterie Li-ion est de loin la technologie la plus efficace en termes de puissance spécifique et d’énergie. Sa durée de vie est équivalente à celle des autres technologies. C’est pourquoi elle s’est énormément développée ces dernières années.

Dans ce contexte, le passeport de batterie est généralement considéré comme un système numérique qui stocke les données pertinentes sur les batteries tout au long de leur cycle de vie. Cela devrait garantir une gestion circulaire du cycle de vie et donc permettre une transition vers une mobilité et un stockage d’énergie à faible émission de carbone.

Néanmoins, il n’y a pas de compréhension claire de ce à quoi un tel système doit réellement ressembler afin de créer une valeur ajoutée significative pour l’industrie. Les détails de la collecte des données, les rôles des parties prenantes, la technologie fournie et les normes utilisées restent flous.

L’objectif de ce stage est de développer une approche permettant d’estimer l’empreinte carbone d’une batterie Li-ion en utilisant données de production, marché, maintenance, cout de recyclage et de durée de vie. L’étudiant analysera l’existant en termes de norme carbone des batteries et développera une métrique en mettant l’accès sur l’usage des métaux rares.

Cet outil numérique devrait également faciliter le recyclage des matières premières contenues dans les batteries, ce qui réduirait la dépendance vis-à-vis des fournisseurs étrangers qui contrôlent la grande majorité des ressources, comme le lithium et le nickel, essentielles à la production de batteries.

Le résultat du stage est un démonstrateur (type application informatique) d’aide à la décision de l’empreinte carbone de la batterie.

Avancement des travaux

Ce stage se déroulera principalement au sein du laboratoire ICUBE de l’INSA Strasbourg. Il/elle devra tout d’abord effectuer des recherches bibliographiques sur les normes carbones dans les applications batteries.  Un outil numérique basé sur le calcul de l’empreinte carbone sera réalisé.

Compétences du candidat

Connaissances spécifiques 

Connaissance des systèmes de batteries. Programmation en Python /Matlab ou tout autres langages de programmation.

Formation souhaitée

Étudiant sur le point d’obtenir un Master ou un Ingénieur (Bac + 5) avec une spécialisation en Génie électrique, informatique et industriel.

Compétences personnelles souhaitées

Forte motivation pour l’innovation et la recherche de solutions opérationnelles dans un contexte industriel. Motivation pour la combinaison de la simulation et de l’expérimentation.

• Financement prévu : Fondation INSA Strasbourg
• Superviseurs : Phillipe Leroy, Tedjani Mesbahi et Ahmed Samet
• Support scientifique et technique : Yakoub Saadi
• Lieu de travail : ICube-INSA Strasbourg
• Laboratoire : ICube (CNRS UMR 7357)
• Équipe : SMH-ICube & SDC-ICube
• Démarrage prévu : Février 2023
• Contact: philippe.leroy@insa-strasbourg.fr ; tedjani.mesbahi@insa-strasbourg.fr et ahmed.samet@insa-strasbourg.fr

référence

[1] Katharina Berger, Josef-Peter Schöggl, Rupert J. Baumgartner, «Digital battery passports to enable circular and sustainable value chains: Conceptualization and use cases» Journal of Cleaner Production, Volume 353,2022,131492, ISSN 0959-6526.

[4] Jorge, I., Samet, A., Mesbahi, T., & Romuald, B. O. N. É. (2020, December). New ANN results on a major benchmark for the prediction of RUL of Lithium Ion batteries in electric vehicles. In 2020 19th IEEE International Conference on Machine Learning and Applications (ICMLA) (pp. 1246-1253). IEEE.