Le secteur des transports, grand émetteur de CO2, est appelé à une mutation profonde pour réduire son impact sur l’environnement. Pour les industriels du secteur, le développement de la mobilité électrique est un enjeu important, mais il se heurte encore à des défis technologiques. Les chercheurs du projet VEHICLE ont développé une solution innovante permettant d’améliorer le stockage de l’énergie dans les véhicules électriques. Tedjani Mesbahi, enseignant-chercheur à l’INSA Strasbourg au sein de l’équipe Systèmes et microsystèmes hétérogènes du laboratoire ICube, était le responsable scientifique du projet.
Développer de nouvelles technologies plus performantes pour le stockage de l’énergie, un défi majeur pour la transition écologique
Le 27 octobre 2022, l’Union Européenne a sonné le glas des véhicules thermiques : ses États membres ont conclu un accord qui fixe l’objectif de zéro émission de CO2 pour les voitures et camionnettes neuves à partir de 2035. Seules les voitures électriques seront ensuite autorisées sur le marché du neuf. Avec l’électrification du secteur de la mobilité, les dispositifs de stockage d’énergie vont devenir de plus en plus importants dans notre quotidien. Actuellement, les véhicules électriques fonctionnent grâce à des batteries Li-ion (pour lithium-ion), qui souffrent de défauts importants : lentes à la recharge, elles ont une durée de vie limitée et reposent sur l’utilisation de ressources épuisables. L’enjeu environnemental se double donc d’un défi technologique majeur : trouver des solutions innovantes pour rendre le stockage de l’énergie plus performant, plus économique et plus durable.
Une solution innovante qui associe deux technologies de stockage et l’intelligence artificielle
Les partenaires principaux du projet VEHICLE avaient chacun leur domaine d’expertise : modélisation et développement de logiciels pour l’INSA Strasbourg, électrochimie pour la Hochschule Trier, et intégration de systèmes (trajet, météo) pour la Hochschule Karlsruhe. « Cela a été très bénéfique de travailler ensemble. Nous avons séparé les tâches, ce qui n’est pas forcément habituel pour ce genre de projet, mais cela a très bien fonctionné et nous a permis de pouvoir avancer et ne pas prendre de retard, malgré le Covid », note Tedjani Mesbahi. Grâce à cette complémentarité et à cette organisation, les équipes ont pu développer une solution innovante sous trois aspects. Premièrement, les chercheurs ont combiné deux technologies de stockage : une technologie de haute énergie et une technologie de haute puissance. Concrètement, cela se traduit par la création d’une source de stockage hybride batteries Li-ion / supercondensateur. Les supercondensateurs se rechargent rapidement et peuvent fournir des pics de puissance, mais ont une faible capacité de stockage et une faible autonomie. Les batteries Li-ion apportent l’autonomie et le stockage qui font défaut. La deuxième piste suivie pour rendre les dispositifs de stockage d’énergie plus performants a consisté à utiliser l’intelligence artificielle pour améliorer leur durée de vie. Grâce à des capteurs, il est possible de récolter des données pour mieux comprendre leur comportement et ainsi mettre en place une maintenance prédictive afin de ralentir leur vieillissement. “Cette stratégie de gestion intelligente de l’énergie permet de prolonger la durée de vie de la source hybride de 19 %” précise Tedjani Mesbahi. A terme, d’autres données sur la conduite de la personne au volant et l’environnement (nature du terrain, température) pourraient être intégrées et permettre de délivrer des conseils personnalisés afin d’augmenter la durée de vie des batteries. Enfin, ce système performant et intelligent de stockage de l’énergie est couplé à un moteur à réluctance variable pour optimiser la consommation d’énergie. Globalement, la solution proposée par le consortium du projet VEHICLE permet donc de réduire le coût global d’un véhicule électrique tout au long de son cycle de vie.
Les prolongements d’un projet au succès reconnu : le transfert de technologie et de nouveaux travaux académiques
Le projet VEHICLE a noué des liens avec les entreprises des secteurs de la mobilité et du stockage d’énergie dès ses prémices, dans l’optique de faciliter le transfert de technologie. Tout au long du projet, des webinaires rassemblant chercheurs et industriels ont été organisés, et les entreprises Volvo Construction Equipment Germany et Daimler Truck ont présenté leurs travaux sur l’électrification des poids lourds lors de la conférence de clôture du projet. La technologie développée est également appliquée dans un autre contexte que celui des voitures électriques. Théophile Paul, qui a soutenu sa thèse en juillet 2022, applique le système de stockage hybride d’énergie sur un chariot électrique de manutention pour l’industrie 4.0. Son projet entrepreneurial est soutenu par la SATT Conectus, et bénéficie également d’un accompagnement dans le cadre du concours national d’innovation i-PhD, dont il est l’un des 36 lauréats. Et bientôt, Tedjani Mesbahi et ses collaborateurs s’attelleront à un nouveau programme de grande ampleur. Leur projet ENERGETIC sera en effet financé dans le cadre de l’appel à projets Horizon Europe, le programme-cadre de l’Union européenne pour la recherche et l’innovation. Il s’agit de rendre l’écosystème européen des batteries plus compétitif au niveau mondial grâce à la recherche. Les avancées de ce nouveau projet seront à suivre sur le blog de la recherche de l’INSA Strasbourg.
Le projet VEHICLE (pour “AdVanced li-ion battEry/supercapacitor HybrId energy storage system with synchronous reluctance maChine for eLEctric vehicle applications”, soit “Source de stockage hybride batterie Li-ion / supercondensateurs avec une machine synchrone à réluctance variable pour les véhicules électriques”), initié en septembre 2019, a pris fin en juillet 2022. Cofinancé par l’Union européenne dans le cadre du programme Interreg V Rhin Supérieur et par les partenaires régionaux français et allemands de l’initiative “Offensive Sciences”, il a réuni trois partenaires académiques principaux : l’INSA Strasbourg, la Hochschule Karlsruhe et la Hochschule Trier. L’Université de Sheffield Hallam, l’École Centrale de Lille et l’Université de Nantes étaient partenaires associés du projet. Le dispositif Offensive Sciences: fort de son succès, le dispositif est amené à être reconduit pour la période 2021-2027, pour laquelle deux appels à projets sont prévus. Capitalisant sur le dynamisme de la coopération scientifique transfrontalière, les partenaires co-financeurs de l’Offensive Sciences souhaitent désormais soutenir le transfert et la valorisation des résultats de la recherche publique et renforcer l’influence positive des travaux scientifiques sur les entreprises et la société, au service du développement économique, social et environnemental de la Région Métropolitaine Trinationale du Rhin supérieur. Le quatrième appel à projet de l’Offensive Sciences est désormais lancé depuis le janvier 2023 (clotûre le 24 mars) et met l’accent sur le transfert de connaissances et de technologie tout en contribuant à la réalisation des objectifs de la Région Métropolitaine Trinationale du Rhin supérieur (RMT). Toutes les informations sur le dispositif sont disponibles sur le site internet du Pilier Sciences.