La contribution du transport aérien au réchauffement climatique est revue à la hausse par la prise en compte d’émissions complémentaires à celles directes du CO2. Aussi, les principaux avionneurs prévoient une croissance importante du trafic aérien qui nécessiterait le doublement de la flotte actuelle d’avions pour 2038. Parallèlement, l’ensemble du secteur s'est engagé à réduire ses émissions. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet PIPAA (PIle à combustible Pour Applications Aéronautiques), projet porté par SAFRAN Power Units comportant quatre thèses qui étudient le potentiel de la pile à combustible à membrane échangeuse de protons haute température (HT-PEMFC) pour le secteur aéronautique. L’objectif final de cet ensemble d’études est de permettre une meilleure compréhension des phénomènes qui caractérisent la HT-PEMFC afin de l’intégrer dans un système autonome de génération électrique embarqué pour avions d’affaires.
Les travaux effectués lors de cette thèse concernent des mono-cellules HT-PEMFC et s’inscrivent dans la continuité directe de ceux de la thèse de Sylvain Rigal portant sur la modélisation et le vieillissement de la HT-PEMFC. L’objectif principal de ces travaux est de quantifier la dégradation que pourraient apporter les phases de caractérisation de la pile, en particulier la courbe de polarisation, pendant des campagnes de vieillissement. Il s’agit d’identifier les phénomènes dégradants provoqués lors de ce type de caractérisation et de proposer une méthodologie non dégradante de réalisation des courbes de polarisation en HT-PEMFC. Dans ce sens, une campagne expérimentale de cyclage de profils de courant permettant de réaliser des courbes de polarisation a été effectuée. Elle a permis de comprendre les potentielles dégradations susceptibles de se produire lors de ces caractérisations. Afin de permettre une comparaison fiable des résultats, une étude sur la sensibilité de la tension à la pression atmosphérique a été menée et son impact sur les analyses a été démontré. Deux propositions de méthodologies de recalage de la tension aux conditions opératoires ont alors été analysées et appliquées. D’autres travaux complémentaires de modélisation ont aussi été poursuivis. En complément de la démarche précédente et suite à une fiabilisation du matériel d’essai et à la mise en place de nouveaux modes opératoires lors de ces travaux de thèse, des perspectives sur le vieillissement calendaire et sur l’interprétation des spectroscopies d’impédance électrochimique ont été proposées. |
The contribution of air transport to global warming has been adjusted upwards by taking into account complementary emissions to those direct of CO2. The main aircraft manufacturers are forecasting significant growth in air traffic, which would require the doubling of the current fleet of aircraft by 2038. At the same time, the entire sector has committed to reducing its emissions. This is the context for the PIPAA (PIle à combustible Pour Applications Aéronautiques) project, which is being led by SAFRAN Power Units and includes four theses studying the potential of the high-temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) for the aviation sector. The final goal of this set of studies is to provide a better understanding of the phenomena that characterize the HT-PEMFC in order to integrate it into an autonomous on-board electrical generation system for business aircraft.
The work conducted during this thesis concerns HT-PEMFC single cells and is a direct continuation of Sylvain Rigal's thesis on the modeling and ageing of the HT-PEMFC. The main objective of this work is to quantify the degradation that the characterization phases of the fuel cell, in particular the polarization curve, could bring during ageing campaigns. The work consists in identifying the degrading phenomena caused during this type of characterization and to propose a non-degrading methodology of realization of the polarization curves in HT-PEMFC. In this sense, an experimental campaign of current profile cycling in order to produce polarization curves was realized. It enabled to understand the potential degradations likely to occur during these characterizations. In order to allow a reliable comparison of the results, a study on the sensitivity of the voltage to the atmospheric pressure was conducted and its impact on the analyses was demonstrated. Two proposals of readjustment methodologies of the tension to the operating conditions were then analyzed and applied. Other complementary modelling work was also pursued. In addition to the previous approach and following a reliability of the test equipment and the implementation of new operating modes during this thesis, perspectives on the calendar ageing and on the interpretation of electrochemical impedance spectroscopies were proposed. |