Yakoub ZINE : "Poursuite du point d’efficacité maximum pour un système à pile à combustible"

Résumé : L’objectif de cette thèse est de développer des stratégies de contrôle avancées pour optimiser l'efficacité des systèmes à pile à combustible (PàC) à membrane échangeuse de protons, en vue d’améliorer leurs performances et leur durabilité. Ce travail se concentre particulièrement sur les applications de transport, où les PàC doivent opérer dans une plage de puissance restreinte pour atteindre leur efficacité maximale. Ainsi, maintenir le système au point de rendement maximal (Maximum efficiency point, MEP) dans cette plage devient primordial, bien que ce point varie dynamiquement sous l'effet des conditions opératoires et du vieillissement du système. Pour répondre à cette exigence, des algorithmes de suivi du MEP (Maximum Efficiency Point Tracking, MEPT), inspirés des méthodes MPPT couramment utilisées dans les énergies renouvelables, ont été développés et validés expérimentalement sur un système PàC. Ces stratégies permettent une adaptation en temps réel du point de fonctionnement du système PàC, garantissant un rendement maximal malgré les fluctuations des conditions d’opération et la dégradation progressive. Par ailleurs, un modèle simplifié semi-empirique de vieillissement d’une PàC est couplé avec une approche de contrôle adaptative a été élaborée pour suivre l'évolution du MEP. Enfin, dans le cadre des véhicules hybrides à pile à combustible (FCHEV), une stratégie de gestion d’énergie hiérarchique a été mise en œuvre pour optimiser la répartition d’énergie et l'efficacité du système PàC. Cette approche, validée par des simulations numériques sous MATLAB/Simulink, offre une gestion efficace de l’énergie, ainsi qu’un contrôle précis de la température et du ratio d'excès d'oxygène, tout en optimisant la consommation des systèmes auxiliaires. Les résultats obtenus démontrent une amélioration de 4 % du rendement du système durant un cycle de conduite WLTC, soulignant l'efficacité de la méthode proposée.

Composition du jury :

Mohamed BECHERIF Maître de conférences Université de technologie de Belfort Montbéliard Directeur de thèse

Daniel HISSEL Professeur des universités Université de Franche-Comté CoDirecteur de thèse

Amel BENMOUNA Enseignant-Chercheur (ENAC, ISAE) ESTA - École Supérieure des Technologies et des Affaires Co-encadrant de thèse

Michel BENNE Professeur des universités Université de la Réunion Rapporteur

Olivier GEHAN Maître de conférences École nationale supérieure d'ingénieurs de Caen - ENSICAEN Rapporteur

Mohamed DJEMAI Professeur des universités Université Polytechnique Hauts-de-France. Examinateur

Localisation : salle A101 - Bâtiment A, 13 Rue Ernest Thierry Mieg, 90000 Belfort