Thèse soutenue

Modèle de vieillissement d'un système pile à combustible
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Auteur / Autrice : Abdelkader Haidar Detti
Direction : Samir JemeïNadia Yousfi Steiner
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie électrique
Date : Soutenance le 17/12/2020
Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon)
Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
Jury : Président / Présidente : Rachid Outbib
Examinateurs / Examinatrices : Elodie Pahon, Laurent Bouillaut
Rapporteurs / Rapporteuses : Rachid Outbib, Catherine Caddet

Résumé

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Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent sur le développement d’un modèle de vieillissement du système pile à combustible (SPàC) incluant la pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) et le système d’alimentation en air (compresseur d’air), visant à prédire la dégradation de ses performances. Dans un premier temps, une Analyse des Modes de Défaillance et leurs Effets (AMDE) a été mise en oeuvre notamment au travers une Analyse des Mécanismes de Dégradation du SPàC, ce qui a conduit à donner naissance à des arbres de défaillances du SPàC. Par ailleurs, la nature des dégradations de la PàC (réversibles et irréversibles) ont été étudiées afin d’estimer, non seulement le taux de dégradation des pertes réversibles et irréversibles mais aussi leurs impacts sur la durée de vie du système. Dans un deuxième temps, une approche de modélisation hybride du SPàC étudié a été proposée, à des fins de pronostic de durée de vie résiduelle Basée sur les connaissances physiques de la PEMFC et des données expérimentales, cette approche a montré sa précision, sa fiabilité et sa répétabilité à travers sa validation sur trois bases de données, issues de trois campagnes de tests réalisées sur trois PEMFC différentes. Les résultats obtenus ont pu être interprétés sur la base des arbres de défaillances préalablement développés. Enfin, l’impact du vieillissement de la PàC sur le système d’alimentation en air a été étudié sur la base de données expérimentales issues du projet européen GIANTLEAP. Les indicateurs de performance du compresseur d’air démontrent l’impact du vieillissement de la PàC sur lui-même. En effet, le changement du point de fonctionnement, du compresseur d’air observé suite au vieillissement de la PàC, contribue à l’accélération de sa dégradation conduisant à sa fin de vie.