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Les piles à combustible se positionnent aujourd’hui comme une alternative technologique séduisante face aux solutions classiquement utilisées pour le stockage d’énergie. De par leur rendement de conversion en énergie électrique et leur haute densité énergétique, les grands acteurs du secteur aéronautique en voient une solution intéressante pour réduire l’impact environnemental des avions. C’est dans cette optique que s’inscrit la présente thèse, visant à contribuer au développement de méthodologies destinées au suivi de l’état de santé d’une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (Proton Exchange Membrane Fuel Cell PEMFC). Il a été montré, dans un premier temps, que l’ensemble des constituants d’une pile était soumis à des contraintes pouvant engendrer des défaillances irréversibles ou des pertes de performances. Cette synthèse a permis de mettre en exergue la nécessité de disposer de méthodes de diagnostic permettant de suivre l’état de santé de la pile. Dans ce sens, des outils basés sur le principe de l’identification paramétrique ont été mis en avant. Il s’agit dans un premier temps de pouvoir, à partir de caractérisations expérimentales, être capable de mettre en œuvre une procédure appropriée permettant d’identifier les paramètres d’un modèle représentant au mieux le comportement du composant. Et dans un temps second, de construire par l’intermédiaire des paramètres identifiés des indicateurs (signatures) liés à l’état de santé de la pile. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés plus particulièrement à deux types de prise d’informations : la courbe de polarisation (V-I), et la Spectroscopie d’Impédance Electrochimique (SIE). Il a été montré dans cette thèse, que seule l’exploitation conjointe de ces 2 types de mesures permet une caractérisation pertinente de l’état de santé de la pile. Deux modèles «couplés» ont été ainsi développés : un modèle quasi-statique dont les paramètres sont identifiés à partir de la courbe de polarisation et un modèle dynamique identifié à partir des données de la SIE. Il a été mis en avant dans le cadre de cette thèse, la nécessité de développer un modèle dynamique dit «sans a priori» dont la formulation peut varier au cours du temps. Ainsi, si des phénomènes liés à un changement de caractéristique apparaissent, la structure du modèle pourra s’adapter pour en permettre la prise en compte. Le processus global partant de la connaissance a priori jusqu’à l’identification des paramètres des modèles a été développé au cours des chapitres de cette thèse. Outre la bonne reproduction des données expérimentales et la séparation des pertes dans les domaines quasi-statique et dynamique, l’approche permet de percevoir certaines défaillances à travers les paramètres des modèles développés. La prise en compte du couplage statique-dynamique a fait apparaître la notion « d’impédance résiduelle ». En effet, un biais entre la pente locale de la courbe de polarisation et la résistance basse fréquence de la SIE est systématiquement observé. L’impédance résiduelle prise en compte dans la modélisation permet d’absorber ce décalage tout en garantissant une cohérence entre les mesures de la V-I et de la SIE. Une tentative d’explication des phénomènes physico-chimiques liés à cette impédance a également fait partie de l’ensemble des objectifs de cette thèse. D’un point de vue expérimental, l’idée du travail est dans un premier temps de générer des variations ciblées et maîtrisées du comportement de la pile et d’observer leurs impacts sur les paramètres identifiés. Pour ce faire, l’idée proposée est de travailler sur une mono-cellule dont la modification des composants est aisée. Le jeu de composants (membranes différentes, différents dosages en platine …) avait permis de mettre en évidence l’impact de chaque modification sur les données expérimentales et ainsi sur le modèle avant de tester la validité de l’approche sur des campagnes de vieillissement de stacks |
