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EIP - GENIE ELECTROCHIMIQUE
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THEME 2 (Equipe EIP)*



Depuis plus d'un siècle, les réacteurs électrochimiques sont utilisés dans l’industrie, comme pour la production de l'aluminium ou de chlore. Mais de nombreuses sociétés privées montrent aussi un grand interêt pour la synthèse électrochimique ou le retraitement des effluents industriels en utilisant des dispositifs électrochimiques. Les réactions électrochimiques sont des processus hétérogènes similaires aux réactions catalytiques. Ces réactions surfaciques singulières entraînent des limitations liées au transport de matière associé au transport de charges et au transfert de chaleur. C’est donc l’ensemble de ces processus qui affecte profondément les performances d’une cellule électrochimique.

D'autre part, la corrosion est un processus naturel qui détériore un métal en son oxyde ou son hydroxyde. Ce phénomène dépend des interactions complexes entre les matériaux et l'atmosphère environnante, la température, etc. Le coût annuel de la corrosion dans le monde  est de plus 3% du PIB mondial. Lutter contre la  corrosion est un défi mondial.

De nombreux travaux dans le groupe EIP concernent l’étude des dispositifs industriels (commerciaux) ou des systèmes électrochimiques industriels (batteries, cellules d’électrolyses, câbles ou filins métalliques, roulements, etc.). Bon nombre de nos investigations sont consacrées à modéliser et optimiser ces dispositifs. Dans notre groupe, l'approche multidisciplinaire (dont l’approche Génie des Procédés) est essentielle pour résoudre les problèmes complexes des réacteurs électrochimiques et de la corrosion des matériaux.

   
Figure 1: Compétences et Domaine d'applications du thème "Génie électrochimique"
 

Aujourd'hui, les énergies renouvelables sont par nature variables, donc sujettes à la fois à des intermittences journalières ou saisonnières. Dans ce contexte les dispositifs électrochimiques ont réussi à prouver leur applicabilité en matière de stockage d'énergie : batteries, électrolyseurs, piles à combustible, etc.

Notons aussi l’émergence des systèmes de bioélectrochimiques qui peuvent fournir  un courant électrique grâce à des bactéries électroactives en oxydant des polluants  issus des eaux usées. Récemment, de  nombreuses  entreprises cherchent à commercialiser ce type de dispositif. Par conséquent, l’étude de réacteurs bioélectrochimiques nécessite de trouver de nouveaux outils de caractérisation. Notre groupe de recherche (EIP) développe donc des approches originales pour répondre à ces nouveaux enjeux sociétaux.

Contacts généraux: Pr. Marian Chatenet (chef de groupe) et Dr. Jonathan Deseure(responsable thématique)

​​​​​​​(Anti) corrosion (contact: Virginie Roche)

La recherche de la prévention  de la corrosion concernant les matériaux métalliques biocompatibles est un grand défi pour la santé humaine. Depuis 2010, les verres métalliques biocompatibles à base de Ti, Fe, Mg sont étudiés, en raison de leurs propriétés mécaniques uniques, vis-à-vis de la biodégradation et la bioactivité. Nous étudions également la résistance à la corrosion des revêtements de nanocristalline (partiellement cristallisés). Enfin grâce à un dispositif de spectroscopie d'impédance électrochimique locale (SIEL) nous pouvons caractériser localement la réactivité hétérogène le long d’une surface (défauts, porosité ...).

 

Modelling and Electrochemical engineering (contact: Florence Druart)

Afin d'améliorer la durée de vie des matériaux et les performances électrochimiques des cellules industrielles, la modélisation  associée aux techniques électrochimiques (les techniques électroanalytiques, spectroscopie impédance, capteurs, etc.) est un outil puissant pour analyser et comprendre les processus physico-chimiue.
Une approche dédiée est indispensable pour chaque dispositif (batterie, électrolyseur, etc.). Les batteries lithium ont besoin d'être intelligemment contrôlées pendant la charge pour augmenter leur durabilité; la pile à combustible est intrinsèquement contrôlée par des processus multiphysiques, ainsi la détection de défauts pendant le  fonctionnement est un défi ambitieux; la production intensive est indispensable pour l'exploitation industrielle des électrolyseurs, donc proposer de nouvelles stratégies de conception dans ce but fait partie des challenges auxquels nous participons. Dans la philosophie de travail du groupe EIP, un modèle électrochimique pertinent emploie un minimum de paramètres afin de prévoir le comportement de ces dispositifs.  Une parfaite superposition Modèles et Expériences n’est pas notre objectif, nous recherchons en premier lieu à identifier les processus qui contrôlent un générateur électrochimique afin d'améliorer ses performances et sa durabilité.

Electrochemical engineering & H2production  (contact: Jonathan Deseure)
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L’électricité renouvelable, quelle que soit sa source de production : hydraulique, éolienne, solaire, présente à des degrés divers, l’inconvénient majeur de son intermittence. En réalité l'intermittence concerne surtout l'électricité solaire et éolienne du fait d'un très important et très rapide développement dans le monde et de sa dépendance instantanée aux conditions météorologiques.

La question devient alors : comment stocker l’électricité produite pendant les pointes de production pour la restituer dans les pointes de consommation ?

Les systèmes de stockage gravitaires (STEP) ou par air comprimé (Advanced Adiabatic CAES : AA-CAES) restent des systèmes nécessitant des infrastructures lourdes non applicables en tout lieu.

Une des solutions préconisées, à l’heure actuelle, est de stocker l’énergie via un électrolyseur, qui convertit l’électricité en hydrogène et oxygène pendant les heures de faible consommation. Cette énergie est ensuite restituée via une pile à combustible, qui reconvertit l’hydrogène et l’oxygène en électricité sur le réseau pendant les heures de fortes consommations, c’est-à-dire le soir alors que les panneaux photovoltaïques ne produisent plus. En effet, L’hydrogène est considéré depuis plusieurs années comme un vecteur énergétique prometteur. Elément le plus abondant dans notre environnement, il est léger, et énergétique (120MJ/Kg). De plus l’hydrogène représente une véritable alternative à l’utilisation des fuels fossiles dans le domaine des transports de par sa haute efficacité de conversion et de recyclage non polluant

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mise à jour le 15 mai 2019

Univ. Grenoble Alpes