Accélérer les tests sur les batteries en Europe: le rôle du jumeau numérique dans le projet européen Thor
7 août 2024
Du secteur industriel au secteur automobile, en passant par la dernière génération de dispositifs médicaux portables : il existe de nombreux domaines d’application dans lesquels la transition électrique, stimulée par les batteries, façonne l’avenir du marché. L’expansion de ces technologies nécessite un haut niveau de développement technologique qui, au niveau européen, se traduit par la mise en œuvre de projets partagés, consortiums et synergies public-privé, portés par l’Union européenne au moyen de fonds et d’instruments dédiés.
Le projet européen THOR, qui fait partie du programme-cadre de l’Union européenne pour la recherche et l’innovation Horizon Europe, s’inscrit dans ce contexte de coopération, avec pour objectif d’alléger et accélérer la chaîne de valeur européenne des batteries, en favorisant l’innovation, trop souvent entravée par les protocoles d’essai longs et coûteux qui ralentissent l’introduction des batteries de nouvelle génération sur le marché.
Les partenaires européens du projet Thor lors de la réunion de lancement qui s’est tenue le 20 juin 2023 à Grenoble, au siège du CEA.
En effet, l’innovation technologique européenne dans ce secteur ne suit pas toujours l’évolution rapide de la demande, car elle est entravée par des protocoles de tests sur les batteries très longs et coûteux, qui rendent difficiles leur développement et leur introduction rapide sur le marché, pénalisant de fait leur compétitivité.
Il s’agit de procédures d’essai très complexes qui nécessitent l’utilisation d’un grand nombre d’échantillons et d’infrastructures sophistiquées.
Pour donner un exemple pratique, un prototype de batterie développé en 2023 pourrait atteindre le stade de la production en 2032, car les performances, le vieillissement et les caractéristiques de sécurité de la batterie conçue doivent être évaluées et étudiées par le biais de tests d’essai et d’erreur très longs.
L’objectif du projet européen Thor est précisément de faciliter le développement de batteries européennes de nouvelle génération, en accélérant les processus d’essai et en réduisant la quantité d’essais physiques, grâce au développement d’un outil virtuel, appelé Jumeau Numérique, qui utilise l’intelligence artificielle pour simuler le comportement des batteries, en faisant des prévisions prédictives précises sur les performances des cellules, des modules et des batteries.
Les 5 objectifs du projet très novateur THOR
Le projet européen THOR poursuit des objectifs ambitieux. Pendant quatre années consécutives, les 9 partenaires du consortium réuniront leurs connaissances et leur savoir-faire technique et technologique dans les domaines des essais, de la modélisation et de l’intelligence artificielle pour développer de nouvelles méthodes d’essais prédictives.
En mettant en œuvre un jumeau numérique holistique hautement prédictif qui simule le comportement des cellules, des modules et des batteries, THOR vise à accroître la compétitivité de l’industrie européenne des batteries, en abrégeant les temps et en réduisant le nombre de tests nécessaires à la mise sur le marché de nouvelles batteries, ce qui se traduit par une baisse des coûts, une amélioration des performances et des cycles de vie et, bien sûr, de la sécurité globale des systèmes de batteries.
Le projet THOR a vocation à avoir un impact novateur dans 5 domaines d’activité:
- Industriel : en réduisant les coûts de production, pour rendre le prix final des batteries plus abordable.
- Scientifique :par une meilleure compréhension des mécanismes et des matériaux des batteries, grâce à l’évolution de la recherche dans ce domaine.
- Économique : en créant de nouvelles opportunités commerciales.
- Social : en motivant les jeunes générations à étudier l’électrochimie, en participant activement à la recherche et au développement dans le secteur des batteries.
- Règlementaire : en promouvant l’acceptation des tests virtuels comme partie intégrante du processus de certification, pour améliorer la réglementation du secteur.
Trois modèles pour évaluer les performances des cellules, des modules et des batteries
Grâce à une approche interdisciplinaire impliquant des expérimentateurs et des experts en modélisation, trois modèles physiques indépendants seront développés pour étudier les performances, le vieillissement et le système de sécurité au niveau de la cellule, du module et de la batterie.
Les modèles couvriront différents scénarios de défaillance, à la fois thermiques et électriques, et seront basés sur des paramètres des cellules dérivés d’une série d’essais, permettant de répliquer chaque modèle dans des batteries avec des chimies différentes.
L’objectif principal sera de développer des modèles à haute capacité prédictive pour mieux comprendre les risques de sécurité et les mécanismes de vieillissement des batteries.
Le développement d’un jumeau numérique pour accélérer le processus de développement des batteries
Les modèles seront ensuite combinés et optimisés à l’aide d’une approche basée sur l’intelligence artificielle pour former un jumeau numérique holistique de la cellule, du module et de la batterie.
Cette représentation virtuelle fournira des informations précises en termes de performances et de sécurité, permettant ainsi la mise en place de programmes de maintenance ad hoc. Le jumeau numérique, grâce à toutes les données collectées sur le terrain, pourra alors générer automatiquement des batteries aux performances idéales, en fonction des paramètres étudiés.
La conception améliorée augmentera la longévité, la fiabilité et la sécurité des batteries, réduisant ainsi les coûts d’exploitation, les temps d’arrêt et les remplacements programmés des batteries, ce qui aura un impact positif sur l’ensemble de la filière.
Cela entraînera à son tour une réduction des coûts d’assurance et de garantie, ce qui renforcera la confiance des consommateurs, l’objectif à long terme étant d’encourager l’électrification d’un nombre croissant d’applications.
Dans le cadre du projet Thor, nous mettons notre expertise au service d’un objectif ambitieux : améliorer l’efficacité, réduire les coûts, accroître la sécurité et promouvoir la durabilité dans l’industrie européenne des batteries grâce au développement de méthodologies de pointe. Pouvoir écrire les développements futurs de la filière européenne des batteries en tant qu’acteur et non en tant que simple spectateur, en collaborant avec les principaux acteurs du secteur, du monde académique à l’industrie, est pour nous une source de grande fierté et s’inscrit dans notre engagement constant à encourager la recherche, en soutenant le progrès académique. En 2025, nous aurons l’honneur d’accueillir l’Assemblée générale du projet dans notre siège, une occasion qui nous permettra de mettre à la disposition de l’ensemble du consortium les technologies et l’expertise dans lesquelles nous investissons chaque jour.
Projet Thor : un impact concret sur l’ensemble de la filière
L’application de technologies avancées telles que l’intelligence artificielle, la maintenance prédictive et la mise en œuvre du jumeau numérique à l’industrie des batteries n’est pas seulement un exercice de style. Ces innovations technologiques peuvent apporter de nombreux résultats concrets à toute la filière, tels que l’augmentation de l’efficacité de la production, la réduction des coûts d’exploitation et l’amélioration de la sécurité et des performances, en vue de promouvoir la durabilité. Nous sommes toutefois parfaitement conscients que le progrès technologique dans notre secteur ne peut avoir lieu si nous agissons individuellement.
Seule la fusion des compétences de tous les acteurs de la filière permettra d’adopter des mesures concrètes pour rendre l’Union européenne plus compétitive dans le domaine de l’électrification, en asseyant une position de leader dans le secteur et en proposant une innovation concrète et continue sur le marché.
Notes*
Source Fig. 1: Site internet du projet Thor https://thorbatteries.eu/
Fonte Fig. 2: Site internet du projet Thor https://thorbatteries.eu/
