Ecoconception appliquée aux systèmes batteries

Ecodesign applied to battery systems

• Auteur / Autrice : Téo Lavisse
• Direction : Peggy Zwolinski
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Inscription en doctorat le 13/10/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble, Isère, France)

Mots clés

Mots clés libres

Écoconception

Batteries

Véhicules électriques

Acv

Durabilité

Lca

Electric vehicles

Batteries

Ecodesign

Sustainability

Résumé

Lorsqu'un véhicule électrique est utilisé en France, son impact environnemental est dominé - en terme d'émissions de CO2 - par la production des batteries qui le composent. En attendant l'essor de chimies plus vertueuses, on s'interroge sur la possibilité de réduire de manière substantielle l'impact environnemental d'un pack batterie, en travaillant exclusivement sur les pièces et sous-systèmes situés autour des cellules: structure mécanique, système de gestion thermique, électronique embarquée etc... L'environnement des cellules peut-il significativement contribuer à réduire l'impact environnemental d'un véhicule électrique? Dans ce travail de thèse, nous nous proposons d'identifier et d'évaluer différentes pistes de conception permettant de réduire l'impact environnemental de packs batterie automobiles, en se focalisant – au moins dans un premier temps – sur les critères « changement climatique » et « consommation de matières minérales ». Nous nous appuierons sur l'approche et les méthodes d'écoconception et d'ACV pour évaluer l'impact de packs batterie actuels, et identifier des voies et solutions techniques prometteuses: stratégies de gestion thermique et électrique, conception mécanique alternative, sélection ou formulation de matériaux... L'évaluation des impacts et la recherche de compromis pourra se faire par simulation dans un premier temps. Nous chercherons ensuite à démontrer la viabilité de certaines de ces pistes par la réalisation de maquette(s) de module(s), s'appuyant notamment sur les technologies de fabrication additive. La thèse sera menée sur le site de Grenoble, en étroite collaboration entre le département de l'énergie pour les transports (DEHT), le département des nouveaux matériaux (DTNM), et le laboratoire G-SCOP spécialisé dans les méthodes d'analyse de cycle de vie. Elle couvrira des domaines scientifiques aussi variés que: ACV, simulation numérique, sciences des matériaux, conception, ou encore procédés de fabrication.

The environmental impact of an electric vehicle, when used in a country such as France, is dominated by the production of the battery packs it contains. Work is on-going to find more sustainable battery chemistries. But in the meantime, is it possible to substantially reduce the environmental impact of a battery pack, by only working on the parts and assemblies surrounding the cells such as: mechanical structure, thermal management system, or embedded electronics? In this project, we propose to identify and evaluate various alternative designs aiming to reduce the environmental impact of automotive battery packs, focusing on 'climatic impact' and 'mineral raw materials' criteria. We will rely on Life Cycle Assessment and eco-design methods to assess state-of-the-art packs, and identify promising ways of improvement: new thermal or electrical management strategies, new mechanical designs, material selection or new material development. The evaluation and research for trade-offs should be carried out with of the help of simulation tools. We will then assess the viability of some of the solutions by building physical demonstrator(s), especially with the help of additive manufacturing processes. The project will happen in Grenoble (France), in close collaboration between various research units: department for Energy applied to transports (DEHT), department for new materials (DTNM), Life Cycle Assessment and eco-design lab (G-SCOP). It will cover various scientific domains such as: Life Cycle Assessment, numerical simulation, materials sciences, mechanical design, or manufacturing processes