Sébastien WASTERLAIN lauréat du prix de thèse du Club EEA / GDR SEEDS

Les travaux de thèse de Sébastien Wasterlain (département Énergie et Fédération FCLAB), sous la direction de D. Hissel, s'inscrivent dans le contexte du projet PAN-H ANR intitulé DIAPASON (Méthodes de diagnostic pour Piles à combustible pour les applications Automobile et Stationnaire sans instrumentation). La durée de vie et la fiabilité des générateurs piles à combustible à membranes polymères constituent en effet des enjeux majeurs pour le développement de cette technologie, en particulier dans le secteur des transports.

Les recherches s’inscrivent résolument dans un contexte de recherche technologique : développement de moyens d’acquisition innovants, campagnes expérimentales de grande ampleur, analyse critique de ces résultats et développement d’une démarche scientifique innovante pour le diagnostic de ces systèmes, démarche reposant sur les réseaux bayésiens.

Ainsi, faute de moyen d’essais commerciaux existants, un spectromètre d'impédance original, haute tension et multivoies a tout d’abord été développé. Ce nouveau système possédant 31 voies d'acquisition et est capable de réaliser des mesures sur des générateurs électrochimiques dont les tensions peuvent atteindre 1000 V (ou 700 Vrms). Différentes caractérisations de stacks basses températures (PEMFC) ont été réalisées en mettant en œuvre un plan d’expérience combinant des conditions normales et dégradantes. Les données issues des mesures par spectroscopie d'impédance ont été analysées par la méthode probabiliste des réseaux bayésiens en vue du diagnostic du générateur. L’approche consiste à discerner 7 modes de fonctionnements (incluant six modes de défaillances) qui sont les plus fréquemment rencontrés par la pile à combustible. L’approche bayésienne a montré d’excellentes capacités pour assurer un diagnostic efficient de pile à combustible. Un taux de bonne détection/ classification des modes de fonctionnement de 98,5% a notamment été obtenu sur le plan d’expérience préalablement défini.

En complément des travaux menés sur l’impédance électrochimique, deux techniques électroanalytiques (voltammétries à balayage linéaire et cyclique) jusqu'alors réservées à l'étude de mono-cellules ont été adaptées pour l'analyse sur générateur multi-cellules. La voltammétrie à balayage linéaire a notamment permis d'analyser la perméabilité des membranes perfluorées qui équipent les piles à combustible de type PEMFC. La mesure de la perméabilité de la membrane est d'ailleurs un excellent indicateur de l'état de santé de la PàC. La voltamétrie à balayage cyclique a été utilisée pour caractériser les surfaces réellement actives aux électrodes. Enfin, une méthode combinant mesures pressiométriques et mesures électriques a été développée dans le but d'identifier les cellules défaillantes (inétanchéités anode - cathode) dans un générateur multi-cellules.