OS 2 : Hydrogène énergie : conception, diagnostic, contrôle

Les travaux de recherche menés dans le cadre de L’opération Scientifique (OS) 2 concernent les convertisseurs électrochimique de type PEM (Proton Exchange Membrane) :

• La conception et le design d’une Pile A Combustible réversible (à l’échelle du cœur de pile)

La production d’électricité renouvelable, quel que soit sa source, présente l’inconvénient majeur de son intermittence. La question devient alors « comment stocker l’électricité pendant les pointes de production pour la consommer durant les pointes de consommation » ? 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 A Combustible qui reconvertit l’hydrogène et l’oxygène en électricité durant les heures de forte consommation.

Les chercheurs de l’OS2 développent à l’heure actuelle un concept innovant de Pile A Combustible réversible à trois chambres pouvant réaliser les fonctions d’électrolyseur ou de Pile A Combustible. Ces travaux ont pour objectif de concevoir un système optimisé, tant du point de vue de l’encombrement, que du point de vue du coût.

• La modélisation et le contrôle d’une Pile A Combustible de type PEMFC (à l’échelle du système)

Les systèmes PaC sont des convertisseurs électrochimiques capables de convertir l’hydrogène en électricité. Plusieurs verrous limitent l’intégration à grande échelle de systèmes PAC de type PEM, parmi lesquels le vieillissement des membranes, qui impacte à la fois la durabilité, les performances et le coût de maintenance des générateurs.

Le fonctionnement des PAC étant régi par des interactions non linéaires, de nature multi physiques et multi échelles, il est difficile de caractériser avec précision les conditions opératoires permettant d’optimiser leurs performances et leur durée de vie.

Les chercheurs de l’OS2 travaillent sur le diagnostic des défaillances du système, ainsi que sur le pronostic de durée de vie. La méthode utilisée est la modélisation du comportement du système et la conception d’algorithmes de contrôle tolérants aux fautes. Ces outils permettent de prévenir le vieillissement prématuré de ces systèmes et, de fait, d’augmenter leur fiabilité et leur durabilité.

Un autre thème connexe, en collaboration avec le laboratoire DSIMB (Dynamique des Systèmes et Interactions des Macro-molécules Biologiques) consiste à explorer, modéliser et optimiser de nouvelles voies biologiques de production d’hydrogène par valorisation de co-produits sucriers (biocarburant de deuxième génération).