Soutenance thèse Fabien Mons-Quendo

Le développement de piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), visant à les rendre plus compactes, plus durables et donc moins chères, repose depuis de nombreuses années sur des études multiphysiques couvrant divers domaines, tels que la catalyse, la thermique ou la mécanique des fluides. Cependant, les contraintes mécaniques induites par l’assemblage des composants du cœur de pile (AME), le serrage, ou les cycles hygrothermiques en fonctionnement, sont souvent non prises en compte, négligeant ainsi l’évolution des propriétés des composants du cœur de pile, notamment la déformation de la couche de diffusion des gaz (GDL).

Cette thèse s’est ainsi concentrée sur l’amélioration de la compréhension des phénomènes liés aux contraintes mécaniques et leur impact sur les performances de la PEMFC. Les premiers travaux réalisés dans le cadre de cette étude ont permis de développer une modélisation numérique intégrant le comportement mécanique des GDL, et en particulier leur déformation irréversible sous l’effet des variations de contraintes survenant lors du fonctionnement de la pile. Les données issues de ces travaux ont ensuite été intégrés dans un modèle multiphysique prédisant les performances d’une PEMFC en fonction de la pression de serrage ou de la précharge de la GDL. Des essais de caractérisation électrochimique en cellule différentielle ont validé cette approche théorique originale. L’étude numérique a ensuite permis de proposer un jeu de paramètres optimaux pour la précharge de la GDL et la pression de serrage.

Enfin, une méthode d’homogénéisation originale a été développée pour réduire significativement le temps de calcul et pouvoir étudier l’impact du serrage à l’échelle du stack.

Cette étude ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour l’optimisation des performances d’une PEMFC, en tenant compte des multiples origines des contraintes mécaniques présentes dans les piles.