Fabian VAN DER LINDEN : "Méthodologie et outils pour l’optimisation de la procédure de rodage de pile à combustible PEM"

Résumé :La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est une alternative zéro émission au moteur à combustion interne. Suite à son assemblage final, une PEMFC doit être « rodée » ou « activée ». Ce processus est essentiel pour élever et stabiliser les performances de la pile autour d’une valeur seuil reproductible. L'activation d'une PEMFC est coûteuse (besoins en équipements et en hydrogène) et chronophage, la rendant ainsi incompatible avec une production de masse. L'objectif de cette thèse est d'apporter des solutions permettant de réduire la durée et le coût de rodage de la pile à combustible. La phase d’activation de PEMFC est un sujet de recherche relativement nouveau. Ainsi, un état de l'art approfondi fut d'abord réalisé afin de mieux comprendre les principes physiques du rodage, et les méthodes associées. Activer une cellule consiste
principalement à hydrater le polymère, à désorber les impuretés de la surface du catalyseur et à ouvrir des pores dans la couche catalytique. A partir de ces connaissances, deux outils numériques furent développés. Le premier est un modèle analytique qui simule la procédure d'activation de la membrane, afin de remplacer des essais expérimentaux coûteux. Le second est un outil de diagnostic du rodage, visant à mesurer « l'état d'activation » de la pile à combustible. Grâce à ces outils numériques et de l'état de l'art, des procédures de rodage optimisées furent proposées et testées sur différents stacks à grande surface. Chacun de ces protocoles a été optimisé selon un ou plusieurs critères, qui sont : cinétique de rodage, coût de réactifs, et durabilité de la pile à combustible. Le protocole phare de cette thèse, une combinaison de sous-alimentations cathodiques et de fonctionnement en flux inverse, est considéré comme le meilleur compromis entre tous ces critères. Par rapport aux protocoles conventionnels, il permet de fortement réduire le temps de rodage et le coût des réactifs, tout en conservant la durabilité de pile et en améliorant sa morphologie.

Composition du jury :

1. M. David BOUQUAIN Professeur des universités Université Bourgogne Franche-Comté Directeur de thèse
   Mme Elodie PAHON Maître de conférences Université de technologie de Belfort Montbéliard (UTBM) Co-directrice de thèse
   Mme Sophie DIDIERJEAN Professeure des universités Université de Lorraine Rapporteure
2. M. Marian CHATENET Professeur des universités INP Grenoble Rapporteur
   M. Pascal VENET Professeur des universités IUT Lyon 1 Examinateur
   Mme Katie MCCAY Docteure SINTEF Industry Examinatrice
   M. Simon MORANDO Docteur Symbio Co-encadrant de thèse
   M. Christophe VACQUIER Ingénieur Symbio Examinateur

Lieu : UFR STGI - 2, rue Chantereine 90000 BELFORT (Salle : Amphithéâtre 302)