Soutenance de thèse de Mlle Marwa OUERGHEMMI

Abstract : Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont l'un des dispositifs les plus prometteurs pour la transition vers une énergie verte. Elles sont en effet apparues comme une solution alternative aux énergies fossiles contribuant à la réduction de la pollution.
Il reste cependant de nombreux défis à relever pour généraliser son usage, dont un accroissement de sa durée de vie et une optimisation de ses performances. De nombreuses études se sont attelées à résoudre ces problématiques, en omettant la prise en compte de l’état mécanique de la PEMFC et du cœur de pile en particulier (MEA), sujet de cette étude doctorale.
L’étude est ainsi basée sur une approche mécanique duale expérimentale et numérique pour prédire les niveaux de contraintes et de déformations subies par le cœur de pile lors du cyclage hygrothermique induit par le fonctionnement du système.
De nouvelles méthodes expérimentales ont été développées pour déterminer les propriétés mécaniques réelles des différents composants de la PEMFC ou de ses interfaces. A titre d’exemple, les comportements mécaniques isotropes transverses de différents types de GDL ont été mesurés à l’aide de tests de traction, de cisaillement et de compression. Une nouvelle méthodologie a également été établie pour évaluer les propriétés de frottement des interfaces des MEA.
Un modèle numérique a alors été développé, intégrant les données expérimentales acquises dans les parties précédentes, capable de prédire les niveaux de contraintes et de déformations se développant dans le cœur de pile dans des conditions hygrothermiques similaires à celles imposées lors du fonctionnement d’une PEMFC.
Cette étude a permis de montrer que les propriétés des GDL n’ont pas d'influence significative sur la réponse mécanique de la membrane. Il serait par ailleurs possible de limiter la déformation plastique de la membrane en imposant un assemblage des différents éléments de la PEMFC selon un chargement fixe et en laissant glisser les différentes couches du cœur de pile dans leur plan. Ce résultat théorique serait le gage d’une moindre déformation plastique de la membrane contribuant in fine à une meilleure durabilité de la pile.

Mots clés : PEMFC, Comportement mécanique, Méthodologie expérimentale, Modélisation numérique, Performance, Durabilité.

Directeur : Patrice Mele
Encadrant : Christophe Carral

Devant le jury composé de :

Patrice MELE
PROFESSEUR DES UNIVERSITES, Université Savoie Mont Blanc
Directeur de thèse
Olivier LOTTIN
PROFESSEUR DES UNIVERSITES, Université de Lorraine
Rapporteur
Denis CANDUSSO
DIRECTEUR DE RECHERCHE, Université Gustave Eiffel
Rapporteur
Assma EL KADDOURI
MAITRE DE CONFERENCE, Université de Lorraine
Examinatrice
Marian CHATENET
PROFESSEUR DES UNIVERSITES, Grenoble-INP
Examinateur
Yann MEYER
PROFESSEUR DES UNIVERSITES, Université Savoie Mont Blanc
Jean-François BLACHOT
DOCTEUR EN SCIENCES, CEA Liten
Invité
Christophe CARRAL
MAITRE DE CONFERENCES, USMB