Cette thèse porte sur la modélisation des transitions de phase dans les matériaux lamellaires pour électrodes de batteries. À l'électrode négative, un matériau très utilisé est le graphite qui est composé de feuillets de graphène empilés les uns sur les autres. Lorsque la batterie est en train d'être chargée, le lithium s'insère entre les feuillets de graphène (intercalation). Lorsqu'il s'insère, le lithium cause des changements de structure cristalline au graphite et s'organise en ilots de forte concentration. En regardant dans la direction perpendiculaire aux plans de graphène, les ilots sont situés périodiquement dans une couche sur n formant un graphite dans une configuration appelée stade n (stage en anglais). Il y a également des stades dilués où les ilots ont une concentration intermédiaire, ces stades sont appelés stades nL. La succession des stades lorsque la batterie est en train d'être remplie est généralement ainsi : 1', 4L, 3L, 2 et 1 (graphite complètement lithié). Ces stades ont un impact important sur les propriétés du graphite telles que son potentiel électrique (à l'équilibre et sous courant), sa diffusivité apparente, sa cinétique d'insertion et ses hétérogénéités de composition. L'objectif de la thèse est d'utiliser des méthodes de modélisation pour étudier les stades et les transitions de phases ainsi que leurs impacts sur ces propriétés. Ceci requiert un modèle à une échelle spatiale suffisamment petite pour capturer les transitions de phases. Nous devons cependant également utiliser un modèle à une échelle suffisamment grande pour capturer une lithiation complète (qui peut durer plusieurs heures) en un temps de simulation raisonnable. Il faut donc un modèle à l'échelle mésoscopique. Les modèles à interface diffuse de type champ de phase servent justement à capturer les transitions de phase et nous pouvons utiliser un tel modèle pour traiter toute une lithiation en un temps de simulation acceptable.Cette thèse commence par la présentation d'un premier système d'équations qui permet de modéliser de manière simplifiée les stades. Une analyse à l'équilibre de ce premier modèle est réalisée afin de déterminer le potentiel d'équilibre et le diagramme de phase. Des simulations de décomposition d’un état homogène sans insertion, associées à une analyse de stabilité linéaire, donnent des informations sur les propriétés hors équilibre du modèle. Un résultat important est que dans la plage de concentrations où les états homogènes sont instables, le stade 2 croît toujours le plus vite à temps courts, même quand le diagramme de phase montre que le stade 3 devrait être favorisé à l'équilibre. Ensuite, des simulations détaillées du processus de lithation-délithiation sont conduites. Il est démontré que ce modèle permet de capturer divers phénomènes observés dans les expériences, comme les hétérogénéités de composition au travers de la particule de graphite, dont un modèle de diffusion Fickienne ne peut pas rendre compte ou encore la cinétique d’insertion apparente qui diffère du modèle classique de Butler-Volmer.Ce premier modèle ne permet pas de prendre en compte les changements structurels ainsi que les stades dilués. Les deux derniers chapitres présentent les pistes explorées pour créer un nouveau modèle plus complet. L'ajout de nouveaux éléments, comme une interaction supplémentaire à l'échelle microscopique ou l'interaction du lithium avec le décalage des plans de graphène sont prometteuses, mais ne permettent pour l'instant pas de créer un modèle qui rende compte de tous les phénomènes observés.