Par Li-Anne Audet, inf., MSc, ét. PhD et l’équipe BistroBrain
Tout a débuté avec une moto électrique, qui, trois ans plus tard, est devenue un projet de doctorat. En effet, Félix-Antoine Lebel, étudiant au doctorat en génie électrique, développe actuellement un projet doctoral qui vise à améliorer la conception des batteries au lithium et ayant ultimement pour but l’avancement des technologies reliées aux véhicules électriques.
Le lithium : une énergie génie-ale
La recherche reliée au domaine des batteries électriques est très étendue et diversifiée. À l’échelle internationale, de multiples équipes de recherche se sont attardées à développer des batteries électriques toujours plus performantes et capables de propulser des véhicules toujours plus gros, conquérant lentement le marché de l’aviation et des engins de chantier lourds. Le but ? Développer des technologies de stockage de l’électricité renouvelables et réutilisables. S’intéressant à ce nouveau type d’énergie, Félix-Antoine s’est lancé dans un projet novateur ayant pour but la conception d’une moto électrique. Au terme de ce projet, celui-ci a identifié certaines lacunes au sein de la littérature existante, dont l’absence de lignes directrices sur la production des batteries électriques, et a décidé d’approfondir ce domaine du génie électrique, d’où est né son projet doctoral.
Le projet de Félix-Antoine se concentre autour de deux objectifs clés. À l’échelle macroscopique, celui-ci vise à développer et améliorer la pratique des ingénieurs quant à la production de batteries électriques. Autrement dit, Félix-Antoine s’intéresse au développement de batteries de qualité, performantes et sécuritaires, en encadrant au mieux les ingénieurs qui les conçoivent et leur en offrant les outils et les données nécessaires à la bonne réalisation de leur tâche. À l’échelle microscopique, Félix-Antoine s’intéresse plus particulièrement à la fiabilité et à la performance des batteries au lithium en étudiant les divers paramètres (p. ex., matériaux, procédés de fabrication) ayant un impact sur ces deux critères. Le plan de match du projet doctoral de Félix-Antoine s’inscrit autour de trois étapes clés : recenser les écrits scientifiques existants (établir les connaissances actuelles sur le sujet), modéliser les indices de fiabilité et de performance sous un angle mathématique et développer des équations et des modèles empiriques pour les lier aux paramètres de fabrication. Tout au long de ce processus mathématique et scientifique, Félix-Antoine se concentre sur le lien existant entre le type de véhicule à alimenter, la batterie utilisée et les limitations de ces technologies. Les résultats préliminaires permettent de mieux comprendre certaines caractéristiques des batteries, les interactions qu’elles peuvent avoir entre elles, leur viabilité ainsi que leur fiabilité. Pour des fins de confidentialité, nous devrons attendre la fin du projet avant de divulguer les résultats finaux… restez à l’affut !
Un projet par des ingénieurs et pour des ingénieurs
Les retombées du projet de Félix-Antoine s’insèrent au sein de deux grandes sphères, soit la pratique professionnelle des ingénieurs et l’avancement des énergies renouvelables. Pour rappel, le mandat premier d’un ingénieur est d’assurer la protection du public par la conception de technologies sécuritaires, fiables et performantes. De son côté, Félix-Antoine désire générer des données probantes théoriques, afin que le fruit de ses recherches soit utilisé par les ingénieurs, à l’échelle internationale, pour la production de véhicules électriques utiles et sécuritaires pour le public. Deuxièmement, la majorité des véhicules actuels sont alimentés par des dérivés du pétrole, une énergie chimique qui une fois consommée disparait. À l’heure actuelle, notre consommation de cette ressource est telle que la pénurie devrait toucher le monde au cours des prochains siècles. Face à cette situation, il est primordial d’identifier de nouvelles sources d’énergie maintenant afin de répondre aux problématiques de l’avenir, d’où la pertinence de se tourner vers l’énergie renouvelable. Par son projet doctoral, Félix-Antoine désire contribuer à l’avancement des connaissances entourant ces nouvelles énergies et améliorer la pratique professionnelle des ingénieurs. Enfin, pour la communauté universitaire de Sherbrooke, le projet de Félix-Antoine a permis de mettre en œuvre plusieurs nouveaux projets de conception à la Faculté de génie, dont deux tournant autour de la création d’un avion et d’une moto entièrement électriques.
Félix-Antoine carbure aux nouveaux défis et sa quête de l’inconnu n’en est qu’au commencement. Kayakiste, musicien et ayant déjà travaillé pour Green Day, Félix-Antoine a fait du doctorat son nouveau défi. Motivé par le désir de repousser ses limites académiques, celui-ci s’est inscrit au doctorat en génie électronique avec pour but de devenir un ambassadeur de l’énergie renouvelable. Du haut de ses 31 ans, ce doctorant en génie électrique regorge d’idées novatrices et sera, sans aucun doute, un acteur de changement VERT un avenir énergisant (et renouvelable).
L’explication : les batteries au lithium
De manière générale, le principe de fonctionnement des batteries au lithium est assez simple. Lorsque la batterie est à pleine charge, les atomes de Lithium (Li pour les intimes) sont présents en grande quantité à la borne —, aussi appelée anode (vous savez le « - » qui est écrit sur les piles). Lorsqu’on commence à puiser le courant, afin d’alimenter un moteur électrique par exemple, on vient arracher des électrons (des particules chargées négativement) à ces atomes de lithium qui deviennent alors des ions Li+. C’est la circulation de ces électrons qui génère le courant électrique. Comme les ions Li+ sont instables, et que la nature a horreur de l’instabilité, ces derniers vont se déplacer vers la borne +, aussi appelée cathode. La batterie est à plat lorsqu’il n’y a plus d’atomes de lithium à l’anode, c’est-à-dire que la réaction ne peut plus se faire. Pour la recharge, on fait le chemin inverse, en donnant un nouvel électron aux ions Li+ qui deviennent de nouveau des atomes de lithium et reprennent leur position initiale à l’anode.
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