Etude du comportement électro-chemo-mécanique à l'échelle de la micro-structure d'une électrode de batterie à électrolyte solide à l'aide de la méthode FFT

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation dont la mission est de développer des technologies performantes, économiques, propres et durables dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. 

IFPEN met à disposition de ses chercheurs un environnement de recherche stimulant, avec des équipements de laboratoire et des moyens de calcul très performants.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Etude du comportement électro-chemo-mécanique à l'échelle de la micro-structure d'une électrode de batterie à électrolyte solide à l'aide de la méthode FFT

IFP Energies nouvelles (www.ifpen.fr) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique dans le domaine de l’énergie est au coeur de son action.

Le stage se déroulera au sein de la Direction Physico-Chimie et Mécanique Appliquées, plus précisément dans le département Mécanique des Solides.

Le stage proposé vise à mieux appréhender la modélisation du comportement mécanique des matériaux des électrodes de batterie à électrolyte solide. La densité énergétique des batteries lithium est un enjeu majeur dans de nombreux domaines et notamment celui de l’automobile. Les batteries dites « tout solide » pourraient avoir une densité énergétique largement supérieure à celle des batteries conventionnelles. Le stockage d’énergie dans ces batteries induit des déformations pouvant mener à une détérioration de leurs propriétés.

L’étude de ce phénomène nécessite de comprendre la réponse mécanique de l’électrode à l’échelle de leur micro-structure hétérogène et de géométrie complexe du fait des procédés de fabrication utilisés. La méthode de modélisation et d’homogénéisation par FFT (Transformée de Fourier Rapide) permet de traiter ce genre de micro-structures complexes. Cette méthode numérique, moins consommatrice en ressources que les méthodes classiques à maillage, permet de travailler sur de grands volumes de simulation fortement hétérogènes qui peuvent être obtenus directement par acquisition 3D (tomographie) ou par génération numérique de micro-structures synthétiques.

L’objet de ce stage consiste à caractériser le comportement mécanique du matériau d’électrode de batterie à électrolyte solide à travers des simulations numériques sur des micro-structures dans différentes configurations (chargements, lois complexes, formes et orientations des grains, modèles d’interface, etc.).

Ce stage sera porté sur la modélisation numérique du comportement des matériaux et structures et il sera attendu de l’étudiant qu’il soit capable de comprendre des outils de modélisation avancés, de faire une analyse critique de ces outils et de leur comportement ainsi que de proposer, voire porter selon l’avancement, des évolutions de ces méthodes de modélisation. L’étudiant pourra à cette occasion consolider ses compétences en modélisation mécanique et multi-physique ainsi que découvrir ou mieux connaitre le domaine des batteries.

Profil requis et compétences recherchées

Bac +5 (stage de 6 mois, début au printemps 2025) Ecoles d’ingénieurs ou Master de recherche (spécialisation en mécanique des solides) – Discipline : Mécanique des matériaux et des structures

Compétences :

• Connaissances en lois de comportement des matériaux
• Calcul scientifique et résolution numérique (maîtrises de Linux et Python bienvenues)
• Aptitude à analyser les résultats
• Autonomie

Encadrement : Guillaume COUDOUEL et Nicolas GUY
Le stage se déroulera à IFP Energies Nouvelles, Etablissement de Rueil-Malmaison, 1–4 Avenue du Bois Préau, 92852 Rueil-Malmaison.