En associant batterie, machine électrique, électronique de puissance et transmission mécanique, le véhicule électrique est un exemple d’application qui conjugue un ensemble de contraintes pour la formulation des fluides techniques.
L’étude de ces derniers pour le domaine des transports connaît donc un regain d’intérêt depuis quelques années.
Cela concerne d’une part la formulation de produits à faible impact environnemental et d’autre part l’optimisation de mélanges pour répondre à des conditions de travail complexes.
En effet, outre les fonctions de lubrification et de transport de calories, il faut s’assurer de leur compatibilité avec les matériaux, et la présence de champs électromagnétiques nécessite le suivi de leurs propriétés diélectriques. Enfin, le tout doit se faire sans dégrader leur durée de vie, telle qu’imposée par les cahiers des charges.
Or, la formulation de ces fluides repose encore beaucoup sur des résultats d’expériences qui ne sont pas aisément transposables aux nouveaux systèmes étudiés. De plus, la combinaison de différentes sollicitations complexifie leurs mécanismes d’altération, et donc l’évolution de leurs propriétés en service, requérant ainsi de nouvelles méthodes expérimentales et numériques pour en appréhender l’origine et ainsi accompagner les développements technologiques où ils sont présents.
C’est pourquoi, pour divers fluides destinés aux véhicules électriques, les équipes d’IFPEN initient une activité de recherche destinée à mieux comprendre les processus de vieillissement en environnement multifonctionnel (figure 1). La démarche se décompose en trois étapes :
- la première vise à évaluer la réponse de divers fluides soumis à des contraintes successives, comme par exemple mesurer l’impact d’un cisaillement mécanique préalablement à un processus d’oxydation ;
- la deuxième consiste à développer un nouveau dispositif expérimental basé sur la microfluidique pour caractériser de manière couplée l’impact des contraintes données (cisaillement, oxydation, champ électromagnétique, etc.) sur de faibles volumes de fluides ;
- la dernière vise à étendre nos approches de modélisation du vieillissement en combinant la chimiométrie1 et la cinétique chimique, à partir de la compréhension à l’échelle moléculaire, afin d’identifier des descripteurs chimiques pertinents pour le qualifier.
IFPEN a par ailleurs mis en place un rhéomètre équipé de différents accessoires (magnétorhéologie, électrorhéologie, purge du gaz, contrôle de température) pour mener des mesures, in-situ et ex-situ, des propriétés du liquide dans un environnement contrôlé et sous des sollicitations multiples. Cet équipement sert actuellement aux premières caractérisations de fluides techniques en environnement complexe pour le compte d’un consortium de recherche initié fin 2022 et piloté par IFPEN. Celui-ci regroupe des constructeurs automobiles et des producteurs de fluides techniques qui, au-delà de l’évaluation de leurs produits, espèrent en repousser les limites d’usage, dans la perspective de nouvelles applications. En parallèle, des travaux post-doctoraux évaluent l’utilisation de la chimiométrie pour la caractérisation du vieillissement de ces fluides à l’échelle du laboratoire [1].
L’usage optimisé des fluides techniques dans les transports est à la fois un enjeu économique et environnemental qui soulève encore de multiples questions de recherche et c’est pourquoi il engendre à IFPEN à la fois des travaux de compréhension et le déploiement de moyens associés. Pour lever les verrous scientifiques sous-jacents, cette recherche s’inscrit également dans un cadre de démarche collaborative avec des laboratoires académiques.
1- La chimiométrie est l'application d'outils mathématiques, en particulier statistiques, pour obtenir le maximum d'informations à partir de données chimiques.
Référence bibliographique
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Xu Boyang, Matrat Mickaël, Lacoue-Negre Marion, en préparation.
Contacts scientifiques : mickael.matrat@ifpen.fr - boyang.xu@ifpen.fr