Etude du vieillissement de piles lithium pour stimulateurs cardiaques à l'aide de 2 techniques de mesures électriques non destructives

Study of the aging of pacemaker lithium batteries using two non-destructive electrical measurement techniques

• Auteur / Autrice : Abdelfattah Boukhssim
• Direction : Gérard Leroy
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique milieux denses, matériaux et composants
• Date : Inscription en doctorat le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences, Technologie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UDSMM - Unité de Dynamique et Structure des Matériaux Moléculaires

Mots clés

Mots clés libres

Bruit électrochimique

Vieillissement

Pile non rechargeable

Spectroscopie d'impédance

Pacemaker-défibrillateur

Lithium-ion

Impedance spectroscopy

Aging

Pacemaker-defibrillator

Primary battery

Electrochemical noise

Lithium-ion

Résumé

Le sujet de thèse proposé concerne l'étude du vieillissement de piles lithium-ion, notées Li-ion utilisées pour alimenter les circuits électroniques de stimulateurs cardiaques (pacemakers, défibrillateurs) implantés dans le corps humain. Ces piles perdent leur énergie électrique au cours du temps en alimentant les circuits électroniques mais aussi, et beaucoup plus, lorsque le stimulateur doit envoyer des impulsions électriques pour stimuler la contraction du cœur qui en a besoin soit parce qu'il bat trop lentement ou au contraire trop vite ou même qui peut s'arrêter. Chaque impulsion nécessite de l'énergie électrique provenant de la pile et donc elle vieillit ce qui fait qu'après quelques années, 5 à 10 ans, elle doit être changée pour ne pas être trop proche d'être complètement déchargée. En fait la pile ne peut pas être rechargée car on utilise actuellement des piles Li-ion non rechargeables. L'objectif du travail est double : d'une part mieux comprendre les causes du vieillissement au niveau électrique et d'autre part voir s'il serait possible d'utiliser ces piles plus longtemps avant de les changer. En effet le changement de pile n'est pas anodin car il nécessite de changer le stimulateur et pour cela effectuer une intervention chirurgicale. Pour réaliser ce double objectif le doctorant va effectuer des mesures d'impédance complexe et de bruit électrochimique, principalement à la température du corps humain à 37°C. Ces mesures devraient à la fin du travail permettre d'établir l'évolution en fonction du temps des paramètres électriques caractéristiques d'une pile Li-ion pour prévoir sa durée de vie dans un stimulateur avant d'être totalement déchargée.

The subject of the proposed thesis concerns the study of the ageing of lithium-ion batteries, noted Li-ion, used to power the electronic circuits of cardiac stimulators (pacemakers, defibrillators) implanted in the human body. These batteries lose electrical energy over time while powering the electronic circuits but also, and much more, when the stimulator needs to send electrical pulses to stimulate the contraction of the heart which needs it either because it is beating too slowly or too fast or even because it can stop. Each pulse requires electrical energy from the battery and therefore it ages, so after a few years, 5 to 10 years, it must be changed so that it is not too close to being completely discharged. In fact, the battery cannot be recharged because non-rechargeable Li-ion batteries are currently used. The aim of the work is twofold: on the one hand to better understand the causes of electrical ageing and on the other hand to see if it would be possible to use these batteries for longer before changing them. Indeed, changing the battery is not trivial as it requires changing the stimulator and therefore performing a surgical operation. To achieve this double objective, the PhD student will carry out complex impedance and electrochemical noise measurements, mainly at human body temperature of 37°C. At the end of the work, these measurements should make it possible to establish the evolution of the characteristic electrical parameters of a Li-ion battery as a function of time in order to predict its lifespan in a stimulator before being completely discharged.