Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie,
centre de recherche sur les batteries et supercondensateurs

A la découverte de Saft, le fer de lance des batteries françaises

A la découverte de Saft, le fer de lance des batteries françaises


© SAFT Les batteries nous ont donné une certaine indépendance vis-à-vis des sources de courant, ce qui a progressivement révolutionné nos sociétés et nos moyens de communication. Les chercheurs français y ont fortement contribué, malheureusement une grande partie des retombées industrielles se fait actuellement en Asie. Un industriel français se distingue cependant : Saft. Créée en 1918, l’entreprise produit dans le sud-ouest des piles et batteries destinées à de nombreux marchés !

Saft est membre du RS2E depuis son lancement en 2011. Un partenariat logique puisque le groupe est très actif en R&D avec 9% de son CA réinvesti. Anne de Guibert, qui coordonne les activités recherche du groupe depuis 1996, nous a ouvert les portes de son laboratoire bordelais. (Photo: piles et batteries SAFT © Saft)

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SAFT : un groupe de niveau international

© SAFT Saft est le seul fabricant français de batteries dont l’expertise s’étend sur plusieurs types de technologies et sur 3 continents (13 sites de production). Au total, le groupe rassemble 4000 employés dont 465 en R&D, parmi eux une cinquantaine de personnes alimente le groupe par des avancées en recherche appliquée. Avant de prendre la tête de cette équipe, Anne de Guibert est passée par plusieurs autres entreprises du domaine. Déjà attachée de recherche CNRS à 23 ans, elle décide peu après de tenter l’aventure de la recherche en industrie qu’elle imagine plus dynamique, riche en perspectives et en responsabilités. À 37 ans, elle coordonne la recherche du groupe CEAC (division batterie au plomb d’Alcatel puis de Fiat). Après un nouveau changement de propriétaire  de CEAC, elle est embauchée par Saft comme directrice de la recherche, poste qu’elle occupe maintenant depuis 19 ans. Outre la gestion de la recherche, elle décrit ses spécialités comme « l’électrochimie, les électrolytes et le carbone ». (Photo: Anne de Guibert © Saft)

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La recherche appliquée : une source de compétitivité

© SAFTSous son impulsion le département recherche de Saft est devenu un atout majeur dans les réussites du groupe, notamment à travers le développement des chimies Li-ion. Un pari difficile vu les investissements des groupes asiatiques, mais l’industriel français a pris le défi à bras le corps avec une majorité de son équipe de recherche travaillant maintenant sur cette technologie avec à la clé de nombreux brevets et innovations. Par exemple, le Super-Phosphate (SLFP), la version maison des batteries lithium-fer-phosphate, développée depuis 2009 et offrant notamment une sécurité, un cycle de vie et une durée de vie calendaire accrus, sans oublier une forte puissance. (Photo : salle d’enduction © Saft)

Cette stratégie R&D a été payante pour Saft qui couvre maintenant de nombreux marchés avec ses batteries : aviation, transport fluvial, télécoms, armée et stockage des énergies renouvelables (Inde, Hawaï, Californie, Bolivie…). Saft est même devenu un leader mondial du Li-ion pour satellites (dont le meilleur rendement permet de diminuer la surface de panneaux solaires, ce qui fait baisser d’autant les coûts quand on sait qu’il faut compter plusieurs dizaines de milliers d’euros par kilo de charge envoyée en orbite). Autre avantage du Li-ion, « il couvre tout le Ragone » (diagramme de comparaison des technologies de batteries) rappelle Anne de Guibert, ce qui permet de répondre à  la fois aux usages en puissance (récupération d’énergie) ou en énergie (stockage stationnaire). « Ici, nous savons faire le mouton à cinq pattes » résume-t-elle simplement. Autrement dit, Saft sait produire des batteries pour les marchés de niche à forte valeur ajoutée.

Le groupe a même reçu plusieurs récompenses pour la qualité de ses batteries, comme le Prix de l’Innovation remis par l’écurie Ferrari en reconnaissance des performances des batteries Li-ion de forte puissance (les KERS pour Kinetic Energy Recovery System) produites par Saft pour l’écurie italienne. Autre exemple, en 2014 le groupe a reçu le Prix de l’innovation remis lors du salon Energy Storage North America pour sa solution de stockage stationnaire Li-ion, Intensium Max.

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Les clés du succès

Pour arriver à ces résultats, le laboratoire de Saft dispose d’outils semblables à ceux des laboratoires publics, notamment des appareils d’analyse de la texture et de la structure des matériaux (DRX, MEB FEG…). Les batteries sont des systèmes complexes faisant intervenir sur quelques centimètres de nombreux phénomènes : thermiques, mécaniques, électrochimiques, cristallochimiques… les techniques d’analyses permettant de suivre ces phénomènes dans le temps et l’espace sont donc incontournables. En revanche, certaines caractéristiques sont assez uniques comme des salles dédiées à l’enduction des électrodes, un appareil à fluorescence X, une absence de cellules Swagelok (les essais se font en piles bouton) et de façon générale beaucoup plus d’équipements dédiés aux tests électrochimiques !

© SAFT
Photo : appareils de DRX et ingénieur caractérisation © Saft

Comme tous les industriels, Saft est aussi à l’affut de toute avancée de la concurrence au travers d’études dites « de benchmarking » qui consistent à décortiquer et analyser les dernières cellules commercialisées.

© SAFTMais attention, l’équipe d’Anne de Guibert ne s’attache pas uniquement à la recherche sur l’aspect « matériau ». Elle rappelle qu’une de ses mission et aussi « de mettre plus de science dans les procédés ». Il peut s’agir, par exemple, de comprendre et de corriger les micro-différences entre deux batteries produites sur les mêmes machines, avec les mêmes matières premières mais sur deux sites différents. Pour tester ses idées, le laboratoire profite d’une ligne pilote Li-ion située à une centaine de mètres et qui peut produire rapidement des cellules de qualité industrielle à partir des derniers résultats. (Photo : machine d'enduction d'électrode de batterie © Saft). Dans cet esprit, l'équipe recherche peut également compter sur le soutien du groupe développement (le "D" dans R&D).

Bien sûr, même si la majorité de son personnel lui est dédié, le laboratoire ne travaille pas uniquement sur le Li-ion. Les équipes étudient aussi les piles non rechargeables au lithium, les supercondensateurs ou les technologies plus anciennes comme le Ni-Cd, vénérable centenaire. Le succès est également au rendez-vous sur ces technologies, puisque Saft est le premier fournisseur de l'armée américaine de piles au lithium et est même entré dans le Guinness des records en 2003 après avoir développé la batterie la plus puissante au monde pour un gestionnaire électrique d’Alaska.

En dehors des activités purement "recherche" certains membres de l’équipe participent à la formation des chercheurs de demain via l’encadrement d’une dizaine de thésards. Anne de Guibert est d'ailleurs personnellement engagée dans l’enseignement avec des cours à l’ENSCBP (spécialisation Stockage et Conversion de l’Energie fondée par le RS2E). Pour elle, il s’agit d’un passage de témoin crucial : « cela prend du temps mais peut permettre de repérer des bons stagiaires et c’est aussi un peu notre devoir de transmettre notre savoir ».

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Technologies d’avenir et RS2E

Un des défis du RS2E était de mettre en contact les chercheurs du public et du privé, malgré les différences de culture qui existent encore. Anne de Guibert, trouve ainsi que certains sujets sont historiquement délaissés : « les chercheurs du public considèrent parfois certains sujets moins nobles, comme les électrolytes ou les procédés ». Heureusement, le fossé se réduit progressivement au sein du réseau grâce à l’accent mis sur le transfert de technologie. En attendant de le combler complètement, Saft apporte sa vision industrielle aux différentes instances de décision du réseau et participe à des projets communs comme NAIADES qui vient tout juste de débuter avec pour objectif l'étude de la faisabilité commerciale des batteries Na-ion, un de nos projets phare.

Avant de conclure cette rencontre, nous avons demandé à Anne de Guibert quelles étaient les technologies qu'elle attend le plus de voir sortir des laboratoires dans les années à venir. Comme tout chercheur confirmé, elle a su partager son enthousiasme pour les batteries de demain en mentionnant, par exemple, les composés NMC riches en lithium (encore appelés Li-rich NMC ou HE-NMC), les liquides ioniques ou encore les électrodes négatives à base de silicium. Pour ces dernières, elle précise que pour une utilisation industrielle il faudra encore améliorer la tenue en cyclage et monter la charge en silicium, « pourquoi pas autour de 20% ». Pour d’autres technologies, comme le redox flow, elle souligne la nécessité d’une recherche multidisciplinaire puisque les verrous ne sont pas uniquement chimiques mais aussi d’ordre physique.

Enfin, elle prend l'exemple des batteries Na-S, une technologie complexe (sels fondus à température élevés et fortement corrosifs) qui a été commercialisée sur un marché de niche, pour insister sur le fait que les chercheurs ne doivent pas se décourager : même si une technologie semble compliquée, des applications industrielles peuvent exister !

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Belle réussite industrielle française, Saft est maintenant en train de confirmer son statut de puissance industrielle internationale. Le groupe vient ainsi d'inaugurer une 3ème ligne de production dans son immense usine de Jacksonville (Floride) avec à la clé de nouveaux débouchés possibles sur le territoire américain et une augmentation de sa part de marché sur le Li-ion.

Même si Anne de Guibert souligne que des choses restent encore à accomplir pour une meilleure synergie recherche/industrie, les changements de mentalités sont en cours dans le petit monde de la recherche sur le stockage électrochimique de l'énergie.

 

NB: Le RS2E tient à remercier Anne de Guibert pour sa disponibilité, l'accès à son laboratoire et à la chaine pilote Li-ion.