Contexte de la proposition
Alors que le marché des véhicules électriques continue de croître de manière exponentielle, la gestion du cycle de vie des batteries est devenue une priorité absolue. Cependant, cette croissance rapide pose des défis majeurs en matière de longévité, de recyclage et de traçabilité des batteries. La durée de vie utile restante (RUL pour Remaining Useful Life) d'une batterie est un facteur déterminant dans le coût total de possession d'un VE. Actuellement, la durée de vie moyenne d'une batterie est estimée entre 8 et 12 ans, en fonction des habitudes d'utilisation, des cycles de charge et des conditions environnementales. Cependant, des études ont montré qu'une mauvaise conduite et des programmes de charge inefficaces peuvent réduire cette durée de vie de 20 à 30 %. Il en résulte une défaillance prématurée des batteries, ce qui augmente les coûts tant pour les consommateurs que pour les fabricants et exacerbe les préoccupations environnementales liées à l'élimination des batteries. Le taux de recyclage des batteries de véhicules électriques en Europe reste faible, avec seulement environ 5 % des batteries lithium-ion recyclées en fin de vie. Cela pose un défi de taille, car la production de batteries pour véhicules électriques repose fortement sur des ressources rares telles que le lithium, le cobalt et le nickel. L'infrastructure de recyclage en Europe est sous-développée, la plupart des batteries en fin de vie étant soit exportées pour être recyclées, soit éliminées de manière inappropriée. Selon l'Agence européenne pour l'environnement, la demande en matières premières pour les batteries devrait être multipliée par 20 à 25 d'ici 2030, ce qui souligne le besoin urgent de pratiques de recyclage efficaces. La directive européenne sur les batteries impose des lignes directrices strictes pour la traçabilité des batteries tout au long de leur cycle de vie. Cependant, les solutions actuelles n'assurent pas une traçabilité suffisante, en particulier lors des étapes de recyclage et de réutilisation. L'Union européenne a reconnu la nécessité d'un suivi transparent et inviolable des données relatives aux batteries afin de respecter les objectifs de durabilité. L'absence de traçabilité sécurisée augmente le risque de non-conformité, entrave l'efficacité du recyclage et empêche la récupération complète de matériaux précieux. Le Pacte vert pour l'Europe et le Plan d'action pour l'économie circulaire de l'UE mettent fortement l'accent sur l'économie circulaire pour les batteries, en encourageant la récupération et la réutilisation de matériaux précieux. Cependant, des études menées par la Global Battery Alliance indiquent que seule une petite partie des batteries de véhicules électriques est réutilisée dans des applications de seconde vie, en grande partie en raison de données insuffisantes sur l'état et les performances des batteries à la fin de leur première vie. Sans un suivi et une traçabilité précis du cycle de vie, le potentiel de réutilisation ou de recyclage est fortement limité.
Objectifs et hypothèse de recherche
Compte tenu de l'état actuel de la longévité des batteries, des faibles taux de recyclage et d'une traçabilité insuffisante, il est évident que les systèmes de « passeport batterie » existants ne parviennent pas à relever ces défis majeurs. Le comportement des conducteurs et les habitudes de recharge ont une incidence significative sur la durée de vie utile (RUL) des batteries, mais aucun système actuel n'intègre pleinement ces données dans la gestion du cycle de vie. De plus, les préoccupations en matière de confidentialité liées à la collecte de données personnelles de conduite entravent le développement de solutions centrées sur l'utilisateur. Ce projet vise à combler ces lacunes en : (Obj1) optimisant la durée de vie utile (RUL) des batteries grâce à des analyses basées sur l'IA du comportement de conduite et des horaires de recharge, ce qui pourrait prolonger la durée de vie des batteries de 15 à 20 % ; (Obj2) améliorant les taux de recyclage en intégrant la blockchain pour suivre de manière sécurisée les données des batteries, garantissant ainsi que toutes les étapes du cycle de vie, de la production au recyclage, soient transparentes et vérifiables ; et (Obj3) Garantir le respect de la confidentialité en utilisant l'apprentissage fédéré pour analyser le comportement des conducteurs sans centraliser les données sensibles des utilisateurs, ce qui permet de rester en conformité avec le RGPD et d'accroître la participation des utilisateurs à l'optimisation comportementale.
Les objectifs de notre projet reposent sur plusieurs hypothèses de recherche clés qui guideront notre approche et nous permettront de valider les modèles et outils proposés : H1 : Le comportement du conducteur influe directement sur l'état de la batterie à travers des facteurs tels que la fréquence de recharge, le niveau de décharge, le type de borne de recharge et le style de conduite (modèles d'accélération, régularité de la vitesse et habitudes de freinage). H2 : L'intégration des connaissances issues de l'IA concernant les schémas de comportement au volant (tels que l'intensité de l'accélération/du freinage, la régularité de la vitesse et le choix de l'itinéraire) et les calendriers de recharge peut prolonger la durée de vie utile restante (RUL) des batteries par rapport aux schémas d'utilisation traditionnels. H3 : L'apprentissage fédéré peut favoriser une plus grande participation des utilisateurs à l'analyse comportementale et aux stratégies d'optimisation sans compromettre la confidentialité des utilisateurs, ce qui conduira à de meilleures pratiques de gestion des batteries. La combinaison de ces informations sur les utilisateurs avec la technologie « blockchain » devrait améliorer la transparence et la traçabilité des données relatives aux batteries tout au long de leur cycle de vie, ce qui contribuera à augmenter les taux de recyclage. H4 : L'intégration de ces technologies contribuera à la durabilité environnementale en facilitant une meilleure récupération et réutilisation des matériaux critiques des batteries.
Situation du projet par rapport à l'état actuel de la technique
La revue de la littérature présente plusieurs solutions clés visant à améliorer la gestion des batteries des véhicules électriques, leur recyclage et l'implication des utilisateurs. Les travaux soulignent la nécessité de solutions plus intégrées et plus conviviales pour gérer la durée de vie des batteries, leur recyclage et leur traçabilité. Cependant, les travaux existants ne tiennent pas pleinement compte de l'impact du comportement des utilisateurs sur l'état des batteries, notamment en ce qui concerne les habitudes de conduite et de recharge, qui sont cruciales pour prolonger la durée de vie des batteries. La plupart des projets ANR proposés traitent de la composition et de l'évolution des matériaux dans les batteries. De plus, les solutions actuelles ne disposent pas de systèmes de traçabilité robustes pour garantir une récupération efficace des matériaux lors du recyclage. Par ailleurs, bien que les incitations économiques à la réutilisation des batteries soient mises en avant, l'intégration des données en temps réel est insuffisante pour favoriser l'engagement des utilisateurs. Enfin, les systèmes de gestion des batteries existants fournissent un retour d'information proactif limité aux utilisateurs, ce qui pourrait pourtant améliorer la longévité des batteries et encourager un comportement responsable en matière de recyclage. Dans ce contexte, le projet propose d'intégrer des méthodes d'optimisation, l'IA, l'apprentissage fédéré et la blockchain dans le cadre existant du « Battery Passport » afin de surmonter ces limites et d'améliorer à la fois l'expérience utilisateur et la gestion du cycle de vie des batteries.