Experimental and Numerical Analysis of High-speed Dynamic Seals: Application to E-mobility

**Experimental and numerical analysis of high-speed dynamic seals: Application to e-mobility**:

- Réf **ABG-129022**
- Sujet de Thèse
- 03/03/2025
- Contrat doctoral
- Institut Pprime - Univesité de Poitiers
- Lieu de travail- Angoulême - Nouvelle Aquitaine - France
- Intitulé du sujet- Experimental and numerical analysis of high-speed dynamic seals: Application to e-mobility
- Champs scientifiques- Sciences de l’ingénieur
- Mots clés- Etanchéité dynamique, mobilité électrique, efficacité énergétique, durabilité, dynamic seals, e-mobility, efficiency, reliability

**Description du sujet**:
L’essor des véhicules électriques (VE) dépend fortement de l'efficacité des systèmes de propulsion (moteur électrique et système de transmission par réducteur mécanique). Pour les constructeurs, cela se traduit notamment par un besoin de compacité du moteur électrique tout en garantissant la génération de puissance nécessaire, ce qui est possible en augmentant les vitesses de rotation. Ces vitesses sont actuellement de l'ordre de 15 000 tr/min et devraient doubler dans un avenir proche. Cette évolution technique pose des exigences strictes en matière de conception et de fabrication des motorisations, notamment en ce qui concerne les systèmes d'étanchéité dynamiques.

**L'objectif de la thèse** est donc de progresser dans la maîtrise des technologies d'étanchéités dynamiques des moteurs électriques et des boîtes de vitesses dans les nouveaux systèmes de propulsion des VE. Les principaux enjeux sont **d'assurer une étanchéité efficace à des vitesses élevées**, tout en **minimisant les pertes par frottement et l’usure**, garantissant ainsi la fiabilité des systèmes de propulsions et donc du VE. Un second aspect à prendre en considération est l'impact des fuites de courant accidentelles aux interfaces des systèmes d'étanchéité qui peuvent altérer les propriétés d'étanchéité et de lubrification et entraîner une usure prématurée.

La première phase de la thèse sera consacrée à une étude bibliographique détaillée sur les étanchéités dynamiques dans le contexte de l'e-mobilité : problématiques, objectifs, verrous scientifiques et technologiques.

La seconde phase concernera l’étude de technologies d’étanchéités dynamiques existantes à la fois sur le volet expérimental sur un banc d’essais du laboratoire, mais aussi sur le volet numérique via les compétences et ressources existantes au sein de l’équipe. La partie expérimentale consistera entre autres à l’adaptation du banc d’essais, à la réalisation et au post-traitement des essais. Sur le volet numérique, l’objectif est de modéliser les étanchéités analysées expérimentalement afin d’améliorer le modèle numérique pour y prendre en compte le caractère multi-échelle notamment.

La troisième phase de la thèse consistera à proposer des améliorations sur des technologies d’étanchéités dynamiques existantes ou proposer de nouvelles technologies basées sur les découvertes réalisées grâce à la phase précédente. Cela se fera via l’utilisation du modèle numérique amélioré et la réalisation d’essais supplémentaires sur le banc adapté.Experimental and numerical analysis of high-speed dynamic seals: Application to e-mobilityThe rise of electric vehicle (EV) is heavily dependent on the efficiency of the propulsion systems (electric motor and transmission system). For manufacturers, this translates into a need for compactness in the electric motor while ensuring the needed power. This is achieved by increasing rotational speeds, currently around 15,000 rpm, and which are expected to approach 30,000 rpm in the near future. This technical evolution imposes strict requirements in terms of design and manufacturing of powertrains, particularly concerning dynamic sealing systems.

**The goal of the Ph.D. Thesis**is therefore to advance the understanding of dynamic sealing technologies for electric motors and gearboxes in new electric vehicle propulsion systems. The main challenges are to **ensure effective sealing at high speeds**, while **minimising friction losses and wear**, thus ensuring the reliability of the propulsion systems and, consequently, the EV. A secondary problematic to consider is the impact of accidental electrical sparks at the interfaces of sealing systems. These discharges can alter the sealing and lubrication properties and lead to premature wear.

The first phase of the study will be dedicated to a detailed literature review on dynamic sealing systems in the context of e-mobility: problematics, objectives, scientific and technological barriers

The second phase will focus on the in-depth study of existing dynamic sealing technologies, both experimentally on a test rig in the laboratory, and numerically through the skills and resources available within the team. The experimental part will involve, among other things, adapting the test rig, conducting the tests, and post-processing the results. On the numerical side, the objective of this phase is to improve the numerical model b