Le CEA est fortement engagé dans la conception des batteries de demain, pour une mobilité électrique performante et durable. Une batterie est un système complexe, qui associe des composants électroniques, mécaniques et également thermiques. Si les méthodes d'éco-conception classiques, telles que l'Analyse de Cycle de Vie (ACV), permettent bien de prendre en compte tous ces composants, elles présentent un biais : les performances et durées de vie considérées en entrée sont forfaitaires. Elles ne permettent donc pas de rendre compte de l'impact d'un changement de conception sur ces deux paramètres.
Un outil combinant ACV et modèles paramétriques
Pour dépasser cette limite, une thèse conduite au CEA en partenariat avec le laboratoire G-SCOP a abouti au développement d'un logiciel innovant. Celui-ci associe l'ACV à des modèles de performance et de vieillissement élaborés par les chercheurs. Cet outil adresse un enjeu majeur, celui de l'évaluation au plus juste du vieillissement de la batterie. Contrairement aux approches classiques, qui fixent arbitrairement un nombre de kilomètres parcourus, le modèle tient compte du design et de l'usage de celle-ci. L'outil va ainsi prendre en compte d'une part les émissions liées à l'étape de fabrication, et d'autres part celles liées à l'usage sur la durée de vie réelle.
Légende : architecture générale pour calculer les impacts d'une batterie avec Lifetrac. Les paramètres définis par l'utilisateur servent d'entrées au modèle de performance qui calcule à chaque pas de temps le courant, la tension, le SoC, le SoH et la température des cellules. Les critères de fin de vie prédéfinis sont vérifiés pour identifier quand la fin de vie de la batterie a lieu. La simulation est stoppée et toutes les sorties du modèle sont exportées et permettent de mettre à jour l'inventaire de cycle de vie du système batterie, puis de calculer les impacts environnementaux associés.
Des optimums environnementaux identifiés
L'outil a déjà été appliqué à plusieurs cas d'étude. L'un d'eux concerne le surdimensionnement des batteries : intuitivement, une batterie plus lourde pourrait sembler systématiquement plus impactante. L'outil montre pourtant un optimum environnemental : une batterie légèrement surdimensionnée peut s'avérer plus durable, car elle évite la faible durée de vie d'une trop petite batterie tout en limitant la surconsommation énergétique d'une trop grande.
Conclusion
Ce nouvel outil enrichit la boîte à outils d'éco-conception du CEA. En intégrant la dimension environnementale dès les recherches amont, au même titre que les critères de performance et de coût, il offre un levier précieux pour orienter nos développements vers des batteries plus durables.