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Soutenance de thèse : Antony CELLIER : ‘Simulation aux Grandes Echelles de feux de batteries lithium-ion pour le diagnostic de l’emballement thermique’

  Vendredi 22 septembre 2023 à 10h00

  Salle de Conférences - CERFACS - TOULOUSE       Organisé par Nathalie BROUSSET    

Lien youtube : https://youtube.com/live/-Uo308lC7EU?feature=share

Résumé :

La mise en place d'un approvisionnement en énergies plus durables amène une évolution de la demande en systèmes de stockage performants et sûrs. Parmi les solutions souvent citées, les batteries Lithium-ion héritent d'une certaine maturité, due à trois décennies de développement et de mises sur le marché. Cependant, mal utilisées ou dans l'éventualité d'un défaut de fabrication, une batterie peut déclencher des réactions de décomposition, aussi appelées un emballement thermique. Ces réactions produisent de la chaleur et des gaz inflammables pouvant causer un feu lorsque la batterie dégaze. Lors d'un emballement thermique typique, trois événements mettant en scène un écoulement critique sont observés : 1. Un jet sous-détendu dû à la forte pression interne des batteries au moment du dégazage, 2. Des flammes jets en présence d'une source d'allumage, 3. Une explosion si l'allumage est retardé et les gaz ont le temps de se mélanger à l'air ambiant. Être capable de simuler ces événements permettrait de sélectionner des designs sûrs à un coût de prototypage faible. Cette étude propose une méthodologie pour la simulation de scenarios de combustion liés aux batteries, grâce à la Simulation aux Grandes Échelles réactive. Tout d'abord, l'identification des gaz émis par une batterie en défaut est faite, permettant la production d'un schéma cinétique réduit dédié aux feux de batteries. Suivant l'évaluation des modèles à utiliser en 1D, une validation complète du setup 3D est faite sur des résultats expérimentaux préparés à l'institut P' pour les jets et feux, et tirés de la littérature pour les explosions. Une fois le setup validé, des cas d'application sont donnés, permettant de souligner l'effet de certains choix de design sur le déroulement des phases de l'emballement. Ce travail soulève les points durs nécessairement rencontrés lorsque des accidents liés aux feux de batteries sont à reproduire par la simulation. Des propositions sont faites pour les supprimer, motivant une utilisation plus répandue de la simulation 3D d'écoulements réactifs durant les phases de prototypage. Cela prend en compte l'ouverture, les feux et explosions liées aux batteries Lithium-ion.

Jury :

Nicolas Noiray : ETH Zürich – Rapporteur

Epaminondas Mastorakos : Université de Cambridge – Rapporteur

Ronan Vicquelin : CNRS-Centrale Supélec- Université Paris-Saclay – Examinateur

Frédéric Ravet :  Renault Group – Examinateur

Marc Bellenoue : CNRS-ENSMA – Examinateur

Gizem Okyay : SAFT Batteries – Co-Encadrante

Thierry Poinsot : IMFT – CERFACS – Co-Encadrant

Florent Duchaine : CERFACS – Directeur de Thèse

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Lundi

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Bases théoriques pour la Simulation aux Grandes Echelles des écoulements en turbomachine

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