Soutenance de thèse de Sirar CHAKAROUN

Dans le cadre de cette thèse, le comportement thermique et aérodynamique externe d’une cellule lithium-ion de type 18650 en situation d’emballement thermique est étudié, afin de relier les réactions internes de décomposition à la formation du jet de flamme et aux risques thermiques associés, dans des conditions réalistes de confinement. Un modèle numérique de dynamique des fluides (CFD) intégrant la combustion (cinétique et turbulente), le transport des particules éjectées, le rayonnement thermique et les transferts de chaleur avec les parois a été développé. Trois configurations expérimentales complémentaires ont permis son développement et sa validation : (i) un tube fermé pour quantifier l’énergie totale libérée et la surpression de combustion en l’absence d’oxygène, (ii) un tube ouvert permettant l’observation du jet et de la flamme de diffusion avec entraînement de l’air ambiant, (iii) une configuration confinée sous plaque représentant une situation proche de l’environnement d’un module. Les résultats montrent que l’ordre de grandeur de l’énergie de l’emballement peut être déterminé avec une grande fiabilité dans la configuration fermée, ce qui permet d’alimenter des scénarios ventilés. Dans le cas ouvert, une flamme de diffusion stable s’ancre au niveau de l’orifice ; les gradients thermiques les plus élevés sont localisés dans les premiers centimètres du jet, là où le mélange gaz-air et les particules chaudes jouent un rôle déterminant. En configuration confinée, la structure du jet devient stratifiée et la durée d’échauffement est prolongée en raison de la volatilisation des éjectas solides. Le modèle CFD reproduit avec précision les phénomènes observés dans l’ensemble des configurations, sans ajustement spécifique des paramètres. Ce travail fournit ainsi un cadre cohérent pour la compréhension et la prédiction du comportement des jets d’emballement thermique et met en évidence l’importance des particules éjectées dans la distribution des flux thermiques. Les conclusions contribuent à l’amélioration de la conception sécuritaire des modules de batteries, notamment en matière de dimensionnement des évents, d’espacements, de protections thermiques et de stratégies de détection précoce. La thèse établit une base de données de référence ainsi qu’un outil numérique dont l’application pourrait être étendue à l’échelle du pack.