Islam ZERROUGUI :"Contribution à la modélisation et au contrôle des électrolyseurs d'eau de type PEM"

Résumé : Cette thèse apporte une contribution à la modélisation et au contrôle des électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM), dans l’objectif d’améliorer leur performance et leur durée de vie en conditions dynamiques. Un modèle multiphysique orienté-commande a été développé, intégrant explicitement la dynamique des bulles d’oxygène à l’anode pour prédire leur effet sur la couverture électrode, le transport de masse et la polarisation. Ce modèle a été validé expérimentalement à l’aide d’un banc d’essais PEM conçu et réalisé dans ce travail.

Sur cette base, une stratégie de contrôle du débit d’eau en temps réel a été proposée afin de réguler la couverture en bulles et les gradients thermiques, garantissant un fonctionnement stable sous charges fluctuantes. Pour la gestion thermique, des réseaux de neurones informés par la physique (PINN) ont été développés comme modèles réduits cohérents avec la physique, permettant l’identification de paramètres et la prédiction précise des distributions de température. L’approche a été étendue à une architecture de contrôle, le Physics-Informed Neural Control (PINC), intégrée dans une commande prédictive non linéaire (MPC). Cette stratégie a démontré sa capacité à maintenir les conditions thermiques cibles avec robustesse et un coût de calcul réduit.

Ainsi, ce travail établit un lien direct entre modélisation multiphysique, validation expérimentale et stratégies avancées de commande, en vue d’optimiser la durabilité et l’efficacité des électrolyseurs PEM pour la production d’hydrogène vert.

Composition du jury :

Daniel HISSEL Professeur des universités Université Marie et Louis Pasteur Directeur de thèse
Zhongliang LI Professeur Junior Université Marie et Louis Pasteur CoDirecteur de thèse
Rachid OUTBIB Professeur des universités Aix-Marseille Université Rapporteur
Catherine CADET Professeur des universités Université Grenoble Alpes Rapporteur
Christophe TURPIN Directeur de recherche Université de Toulouse Examinateur
Sébastien ROSINI Ingénieur de recherche Ingénieur R&D, CEA Examinateur

Localisation : Université Marie et Louis Pasteur UFR STGI 2 Rue Chantereine 90000 BELFORT - salle Amphithéâtre 301