Accélérer les méthodes d’analyse des batteries lithium-ion

À la demande des laboratoires matériau, analyse post mortem, modélisation et suivi des performances, Victor Vanpeene soumet un projet de gestion de données massives. Validé, il s’intègre dans le programme Science Impulse.

Massive data processing methods to boost the analysis of lithium-ion battery characterizations a aussi vocation à soutenir la création du Grenoble Battery Hub (GBH), dans lequel les trois laboratoires du CEA sont impliqués.

Témoignage d’un jeune chercheur, toujours avide de « nourritures scientifiques ».

Concevoir des outils intelligents et automatisés

Encore en phase de test et rattaché au projet Science Impulse, le GBH – plateforme d’excellence sur les batteries, conjointement créée par l’ESRF, l’ILL et le CEA – est en cours de développement. Sa vocation ? Permettre la mutualisation des équipements et faciliter l’accès des grands instruments aux scientifiques. La nouvelle approche du GBH « problématique par problématique » permettra d’appréhender toutes les facettes d’un même sujet d’étude.

Cette démarche transverse génère, cependant, une quantité massive de données croisées via différentes techniques. Le projet dirigé par Victor Vanpeene, lauréat Science Impulse, s’inscrit dans ce contexte. Il vise à désengorger ce workflow, en proposant des outils d’étude plus automatisés et plus intelligents. Leur ambition ? Accélérer l’analyse des données acquises sur les différentes chimies de batteries étudiées.

Dans le cadre de ce projet, Victor Vanpeene s’intéresse notamment à la tomographie des batteries.  « Des données larges et difficiles à manipuler » déclare le chercheur, qui ajoute « Les flux d’études ont souvent des goulots d’étranglement limitants. La quantité de données obtenues les trois dernières années approche les 10 téraoctets et le taux de croissance prévu s’élève à 3 téras par an. Or, il faut pouvoir travailler efficacement sur ces informations, les valoriser et en tirer des conclusions pour avancer. Actuellement, nous stockons davantage de données que nous ne pouvons analyser ».

Le jeune chercheur doit apporter au CEA des solutions de stockage, d’archivage et de hiérarchisation des données. Il doit aussi les rendre accessibles à chaque service, via une data base commune. « Je dois développer toute une pédagogie relative à l’analyse, à la reconstruction et à la valorisation des données acquises » précise-t-il.

De l’avis de Marion Chandesris, cheffe du laboratoire modélisation et l’une des encadrant(e)s du jeune chercheur, ses premières actions constituent déjà « un véritable accélérateur » pour le Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Énergies Nouvelles et les Nanomatériaux (CEA-Liten).

Au croisement de divers projets de caractérisation

Victor Vanpeene affirme avoir été interpellé par le « contexte extrêmement stimulant du GBH ». Il était alors sur le point de terminer un contrat à l’ESRF, dans le cadre du projet européen TEESMAT (Une plateforme multi-caractérisation, intégrant un grand nombre de techniques et ouverte aux industriels).

Le chercheur dont la thèse « 100% académique » portait sur les batteries à anodes au silicium » évoluait « très loin du milieu industriel ». Il se dit aujourd’hui « catapulté dans des projets aux applications beaucoup plus proches de problématiques actuelles et des conditions d’utilisation réelles des batteries ».       

De fait, les études transverses menées au GBH permettent à Victor Vanpeene d’accéder à des problématiques très complètes : post mortem abusif, caractérisation électro-chimie extrêmement poussée, XPS ou tomographie des batteries.

Le jeune chercheur apprécie particulièrement d’étudier les problèmes sous différents angles, afin de s’affranchir du biais (possible) de la technique. Cette méthodologie stimule « son envie de creuser une question jusqu’au bout », tout en conservant un esprit critique. Elle contribue à « nourrir (son) appétit scientifique ».

Avant de diriger ce projet Science Impulse, Victor Vanpeene ne connaissait pas vraiment le centre de recherche. Il se déclare surpris par la qualité et la quantité de données produites. « Le CEA : c’est la richesse scientifique à portée de main ! » assure-t-il. La facilité de discussion entre scientifiques pour initier de nouveaux projets, lui est également précieuse.

Le lauréat apprécie également de disposer de nombreuses ressources, rapidement mises à disposition par le CEA. Il constate avec bonheur la réelle volonté du centre de créer des espaces de stockages ou d’effectuer des analyses d’images.

Enfin, Victor Vanpeene apprécie de se trouver « au croisement de nombreux projets de caractérisation ». Cela lui permet de publier « des articles scientifiques à fort impact dans (sa) communauté pour accompagner (sa) recherche scientifique » estime-t-il. Le chercheur espère ainsi « laisser une trace et une belle plus-value à l’équipe avec laquelle (il va) travailler pendant ces trois ans ». Son ambition ? Développer des outils efficaces, fonctionnels et réutilisables pour le CEA. Et aussi accélérer la caractérisation d’images, peu présente actuellement.

Victor Vanpeene, candidat au programme Science Impulse

Diplômé de l’École d’ingénieur Grenoble INP – Phelma, UGA (spécialité électro-chimie), Victor Vanpeene se destinait à la recherche académique. Un projet R&D de fin d’étude sur le site EDF des Renardières le pousse à présenter une thèse internationale, en cotutelle.

Le jeune thésard bénéfice alors d’une direction partagée. L’une au Canada à l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) et l’autre à Lyon à l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA). Sa thèse aborde deux sujets complémentaires : l’électrochimie batterie avec l’INRS, dans la continuité de sa formation initiale. Mais aussi la tomographie aux rayons X, l’étude de la microstructure, de la modélisation et du travail sur les images, au laboratoire MATEIS de l’INSA.

Victor Vanpeene rend hommage à ses deux encadrants, Éric Maire (INSA) et Lionel Roué (INRS), « extrêmement stimulants dans leur discussion et leur approche scientifique ». Durant sa thèse, il a également apprécié d’accéder à de nombreux synchrotrons européens et de disposer de « beaucoup de temps de faisceau ». Tous valorisés par quatre articles scientifiques. « Une base très riche » pour accéder à la recherche qu’il souhaitait mener: l’étude et l’amélioration des batteries, par le biais d’un outil de caractérisation efficace.

Après cette thèse, le chercheur réalise un post-doc au Canada et travaille sur la caractérisation exclusive des batteries. Ce sujet fait écho à ses valeurs écologiques et à son intérêt pour l’économie circulaire. Victor Vanpeene dépose d’ailleurs un brevet¹ traitant de la valorisation des matériaux des panneaux solaires, intégrables (sous forme de poudre) dans les batteries.

Il revient ensuite à Grenoble et rejoint Julie Villanova, une autre de ses mentors, rencontrée à l’ESRF lors de sa thèse. Ensemble, ils travaillent trois ans sur la ligne de lumière ID16B, dans le cadre du projet européen TEESMAT (Plateforme de multi-caractérisation proposée aux industriels, par différents partenaires européens).

Puis il candidate et remporte ce projet Science Impulse. Pour le conduire, Victor Vanpeene sera assisté par un post-doc embauché par ses soins. Sa principale mission : l’implémentation d’outils d’intelligence artificielle pour optimiser le traitement des images.

Puis il candidate et remporte ce projet Science Impulse. Outre son salaire, Victor Vanpeene dispose d’une bourse de recherche lui permettant d’embaucher un post-doc pour l’assister. Sa principale mission : l’implémentation d’outils d’intelligence artificielle pour optimiser le traitement des images.

Le jeune scientifique a réalisé que le CEA offrait « beaucoup de moyens, de ressources et de réactivé ». Il ajoute que « le centre bénéficie d’un climat propice et porteur et d’une proximité aux grands instruments, extrêmement intéressante. Le CEA réunit tous mes critères, toutes mes affinités en matière de recherche » confit-il.

Victor Vanpeene avait donné à son début de carrière une orientation plutôt universitaire. Diriger ce projet Science Impulse a quelque peu rebattu les cartes, en lui faisant découvrir les UMR du CEA. Ces Unités Mixtes de Recherche permettraient au chercheur d’intégrer une entité rattachée à l’applicatif, tout en conservant un statut un peu plus académique. « Avec tout le côté scientifique galvanisant que cela représente » confie-t-il, des étoiles dans les yeux.