Modélisation par éléments finis de batteries au Li ou pile à combustibles (SOFC) - Thèse en science de l'énergie et des matériaux au Canada

L’Institut National de la Recherche Scientifique (INRS), uni à l’Université du Québec à Trois-Rivières (UQTR) par la mise en place d’une unité mixte de recherche (UMR) démarrent des projets de thèses en modélisation multiphysique (COMSOL) pour les batteries au lithium et pour les piles à combustibles multicarburants (solid oxyde fuel cell; SOFC). Le domaine des batteries connaît une croissance significative au Québec, soutenue par des initiatives ambitieuses visant à renforcer l’industrie des énergies renouvelables et des technologies propres. Cette dynamique se reflète dans un investissement accru dans la recherche et le développement pour l’innovation énergétique et plus spécifiquement dans le secteur des matériaux de batteries et des carburants verts (méthanol, GNR, hydrogène, …). 

Pour le projet batterie au lithium : Nous sommes à la recherche de candidat(e)s désirant œuvrer à la conception de nouvelles générations de batteries au lithium à l’aide de la modélisation multiphysique combinée à des analyses expérimentales sur des cellules électrochimiques utilisant de nouvelles cathodes. Ces personnes s’intégreront à une équipe de chercheuses et chercheurs dans les domaines du stockage et de la conversion de l’énergie. Un(e) spécialiste en électrochimie ou génie chimique (modélisation électrochimique) et un(e) spécialiste en génie électrique (état de charge/santé et BMS) sont recherchés.

Pour le projet SOFC (pile à combustible à oxyde solide) : Nous sommes à la recherche d’un(e) étudiant(e) en génie électrique (1 M.Sc ou Ph.D) et un(e) doctorat et un(e) postdoctorant(e) en science de l’énergie et des matériaux. Ces personnes collaboreront à développer les connaissances dans le secteur des batteries Li-ion. Ils/Elles rejoindront une équipe interdisciplinaire composée de chercheur.e.s spécialité.e.s en électrochimie, chimie et génie électrique œuvrant dans le secteur du stockage de l’énergie pour les véhicules électriques. Le projet SOFC est en collaboration avec Hydro-Québec qui possède des installations à la fine pointe technologique de SOFC (échelles de laboratoire à pilote).

Projet de l'UMR INRS-UQTR sur les batteries Li-ion:

• Ph.D 1: Modélisation électro-chemo-mécanique de batteries lithium-ion (INRS)

Le développement de modèle électrochimique pour l’étude de l’intégration de matériaux et de la dégradation de ceux-ci est crucial pour le développement efficace des technologies. Ce projet de doctorat vise à développer des modèles électrochimiques avancés pour simuler le comportement de batteries lithium-ion intégrant de nouveaux matériaux de cathodes. L’objectif est d’optimiser les performances, la durabilité et la sécurité des batteries, en reliant les propriétés des matériaux aux phénomènes de transport et de réaction électrochimique. Ce projet repose sur une approche multidisciplinaire combinant la chimie des matériaux, l’électrochimie et le génie.

Équipe : L'INRS et l’UQTR s'impliquent activement dans ce projet de recherche en fournissant l'expertise et en donnant accès à leurs installations de pointe en R&D.

L'étudiant(e) sera inscrit(e) dans le programme de Doctorat en Sciences de l’énergie et des matériaux et passera la majorité de son temps à l’UMR INRS-UQTR (Trois-Rivières), effectuant des expériences d’évaluation électrochimique de batteries et du développement de modèles numériques résolus par la méthode des éléments finis. La personne utilisera diverses techniques de caractérisation telles que MEB, EDS, DRX et µ-CT ainsi que des méthodes électrochimiques. Ce parcours de recherche sera accompagné d'une formation approfondie et d'une participation à des conférences internationales, offrant à l'étudiant(e) l'opportunité de présenter ses travaux de recherche.

• Ph.D 2: Estimation des paramètres et de l’état des batteries lithium-ion pour une meilleure gestion des batteries et des véhicules

Cette thèse vise à améliorer l’estimation des paramètres des batteries lithium-ion, en se concentrant sur la résistance interne et la tension en circuit ouvert, afin d’optimiser les performances et la durée de vie des véhicules électriques.Elle traite des défis liés à l’adaptation des méthodes d’estimation du niveau cellule aux modules et aux batteries complètes.Des techniques avancées de modélisation et d’apprentissage automatique seront développées pour améliorer la précision en conditions réelles d’utilisation.Une attention particulière sera portée aux effets thermiques en climat froid ainsi qu’aux mécanismes de vieillissement des batteries.L’objectif est de développer des modèles prédictifs de dégradation.Ce projet s’inscrit dans une collaboration multidisciplinaire impliquant une validation expérimentale et des partenariats académiques et industriels.

Projet de l'UMR INRS-UQTR sur les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) - Partenariat avec Hydro-Québec

Contexte: La transition énergétique occupe une place centrale dans le développement environnemental et économique du Québec. L'intégration des piles à combustible à oxyde solide (SOFC) dans les réseaux électriques représente une opportunité majeure dans le cadre de cette transition énergétique. En raison de leur efficacité, flexibilité et polyvalence en carburants, elles peuvent favoriser la décarbonation en remplaçant des actifs plus polluants. Cependant, leur déploiement à grande échelle soulève des problématiques techniques, telles que le contrôle de la puissance qu'elles génèrent et la prédiction de leur performance en fonction des carburants verts utilisés.

En réponse à ces enjeux, ce projet de recherche vise d'abord à étudier les impacts de différents reformats de carburants verts (méthanol, méthane, ammoniac, etc.) sur la puissance générée par les SOFC. Nous débuterons en élaborant des modèles numériques de cellules unitaires et nous validerons les résultats de simulation avec des SOFC hautement instrumentées.

Dans ce contexte, nous sommes à la recherche d’un stagiaire postdoctorant à l’UMR INRS-UQTR (principal superviseur Prof. Allard et co-supervision Prof. Agbossou), d’un.e étudiant.e à la maîtrise en génie électrique (principal superviseur Prof. Agbossou et co-supervision Prof Allard) et d’un.e étudiant.e au doctorat (principal supervision Prof. Allard).

• Ph.D 3: Développement de modèles électrochimiques de piles à combustible à oxyde solide, en partant de la cellule unitaire jusqu’à l’empilement de cellules (génie chimique ou électrochimie)
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• Postdoctorant 1: Élaborer des modèles thermiques et calculer les bilans d’énergie d’un banc d’essai multicarburants; Valider les résultats avec les mesures thermiques prises à l’intérieur des SOFC du partenaire (thermicien ou génie mécanique/chimique)
• M.Sc 1: Conception d’un modèle dynamique et rapide en s’appuyant sur les données prélevées du banc d’essai multicarburants et des résultats des simulations électrochimiques-électriques (génie électrique ou mécanique)

Afin de constituer l'équipe R&D sur le projet de thèse proposé, nous recrutons un(e) candidat(e) motivé(e), dynamique et talentueux/se avec un diplôme en génie (ing.). Une expérience en batterie, SOFC ou en électrochimie ainsi que la maîtrise d’un logiciel de modélisation tel que ABAQUS, COMSOL ou Ansys est un atout. Les étudiants ou stagiaires auront accès à des bourses d’études ou salaires avantageux.

Début des projets

2026 (aussitôt que possible)

Lieu

UMR INRS-UQTR sur les matériaux et les technologies pour la transition énergétique
Pavillon Tapan-K.-Bose
3351, Boul. des Forges C.P.500
Trois-Rivières (Québec) G9A 5H7
Canada

Soutien financier

L’INRS offre plusieurs programmes de bourses avantageux. Chaque étudiante et étudiant bénéficie d’un soutien financier durant ses études aux cycles supérieurs.