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Batteries au lithium : quel vieillissement ?

Avec une thèse dédiée au suivi de l'état de santé des batteries au lithium, Innovation & Recherche contribue à préparer la SNCF à la montée en puissance de ces dispositifs de stockage d'énergie prometteurs.

Projet SIGALi, perspectives sur les trains hybrides… Depuis environ 3 ans les batteries au lithium sont devenues un sujet de réflexion important pour SNCF. « Un groupe de travail réunissant SNCF Réseau, SNCF Mobilité, Gares & Connexions et Innovation & Recherche a d’ailleurs été constitué autour de cette technologie d’avenir afin de faciliter le partage d’expériences et permettre ainsi à la SNCF de conserver son avance de phase sur le sujet », indique Bogdan Vulturescu, chef de projet Innovation & Recherche au sein du groupe Energie du département Physique Ferroviaire.

Un déficit de connaissances à combler

Mais pour être prometteuses, les batteries au lithium n’en sont pas pour autant dénuées de contraintes, à commencer par un coût d’acquisition élevé qui ne sera justifié que si l’on est capable d’optimiser leur durée d’utilisation en programmant les opérations de maintenance ou de remplacement au plus juste.  « Or, sur ce point précis, force est de reconnaître qu’il y a encore un déficit de connaissances, affirme Bogdan Vulturescu. Car si les batteries au lithium sont toutes équipées de capteurs qui autorisent un monitoring de leur état de santé à un instant T nous ne sommes pas encore en mesure de modéliser leur vieillissement dans le temps, ce qui nous permettrait pourtant d’anticiper et donc d’optimiser les investissements. »

Vers un algorithme de monitoring des batteries

C’est dans ce contexte que s’inscrivent les travaux de Maxime Juston qui a rejoint le groupe Energie en février dernier à l’occasion d’un stage de fin d’études d’ingénieur avant de démarrer cet automne une thèse CIFRE co-encadrée avec l’Université Technologique de Compiègne. Les recherches de Maxime Juston porteront précisément sur le « suivi du vieillissement des batteries au lithium embarquées pour un usage ferroviaire ». Après un état de l’art de la modélisation des batteries au lithium, le doctorant réalisera un travail de recensement et de prospective sur l’usage de ces batteries au sein de SNCF. Dans un deuxième temps, il s’attaquera à la modélisation du vieillissement avant d’élaborer un algorithme spécifique au monitoring de la santé des batteries. « Parallèlement à ses recherches, le doctorant mènera également dès 2018 des essais de vieillissement des batteries en laboratoire. L’objectif : accélérer le processus naturel – sans toutefois dégrader la batterie – de manière à mieux comprendre les mécanismes de vieillissement et pour pouvoir, d’autre part, disposer de batteries de référence pour les travaux de modélisation, » annonce Bogdan Vulturescu en conclusion.