Par Thomas Mazurié (Projet en cours) Stage en cours de réalisation au CIDETEQ, au MEXIQUE

 Centre de recherche et développement technologique en électrochimie (LEPMI mexicain) fondé par le Dr Yunny Meas (ancien de l’ENSEEG) le 16 septembre 1991  Principaux domaines de compétences:  Analyses physico-chimiques  Procédés environnementaux (traitement d’effluents)  Piles à combustibles 2

 Projet global dans lequel s’intègre mon étude:  Conception d’une pile à combustible d’une puissance de 1kW, avec pour objectif final la commercialisation  Avancement du projet:  Achat des matériaux effectué, sauf pour les plaques bipolaires  Taille de chaque cellule fixée à 15cm*15cm soit 225cm² 3

 Objectifs de mon étude:  Modéliser la production et distribution de chaleur à l’intérieur d’un stack  Concevoir un système de refroidissement adapté aux dimensions du stack.  Outils disponibles:  Logiciel de modélisation COMSOL  Accès à des données expérimentales et possibilité de tester le modèle sur un stack de 32 cm² 4

 Utilisation: étapes préliminaires à effectuer  Dessin de la partie à étudier en 2D ou 3D  Choix des phénomènes physiques pris en compte  Valeurs des paramètres caractéristiques des différents éléments constituants la pile  Choix des différentes limites, en fonction des conditions expérimentales imposées 5

 Résolution: étapes effectuées par le logiciel  Sépare la géométrie en différentes parties (maillage)  Calcule les valeurs des variables, pour les mailles voisines des limites, en utilisant les équations du modèle choisie  Calcule ainsi, de proche en proche, les valeurs des variables sur toute la géométrie et boucle jusqu’à ce qu’il y aie convergence 6

 Bibliothèque de modèles fournie par le logiciel:  Nombreux modèles concernant les piles à combustibles. Chaque partie de la pile est modélisée séparément.  Cependant, peu de modèles incluent toutes les parties du stack et surtout aucun ne considère la problématique de la thermique 7

 Modèlisations du circuit d’alimentation des gaz:  “Fuel cell stack” ▪ Prend en compte uniquement les équations de Navier Stokes  “Serpentine” ▪ Prend en compte en plus la diffusion des espèces dans la couche diffusive 8

 Modèles de diffusion des espèces:  “Maxwell-Stefan diffusion” ▪ Étudie la diffusion des trois espèces présentes à la cathode (O2,N2 et H2O)  “Pourous free” ▪ Étudie le flux de gaz dans une couche poreuse acollée à un canal 9

 Modèles plus complèts  “fc cathode” (3D) ▪ Étudie la diffusion des espèces, dans un milieu poreux, à la cathode, en tenant compte de la réaction  “pemfc” (2D) ▪ Modèle étudiant la plupart des phénomènes intervenant au sein de l’ensemble membrane-électrodes (MEA) 10

 Étudier les différents modèles fournis par le logiciel pour les adapter aux conditions locales (taille de cellule, pressions imposées…)  Compiler ces modèles ou en réécrire un nouveau prenant en compte en plus le problème de la thermique au sein de la pile 11

 Tester le modèle sur un stack de 32cm² et optimiser les valeurs des paramètres.  Utiliser le modèle optimisé pour simuler la production de chaleur dans un stack de 225cm² et concevoir un système de refroidissement. 12

 Je ne parle pas très bien espagnol !  Les modèles fournis avec COMSOL sont très complexes, et difficiles à adapter sans en altérer le fonctionnement  Les ressources requises par le logiciel rendent difficile la modélisation en 3 dimensions d’où la nécessité de coupler des modèles en 2D 13

 Pour ce qui est de la modélisation, ce n’est pas vraiment mon domaine de prédilection  Cependant je trouve cela très intéressant de travailler (enfin) sur les piles à combustibles, si longuement étudiées et jamais manipulées !  J’apprécie d’autant plus ce travail qu’ici les compétences sont très variées et j’apprend beaucoup des « techniciens » en PAC. 14

 Quoiqu’il en soit, je suis très heureux d’avoir pu venir au Mexique, la vie ici est très agréable !  Pour autant la semaine de travail fait 40h et je n’ai pas tant que ça de temps libre, contrairement à ce qu’on aurait pu croire…  …Cependant, la semaine du 17 au 23 est fériée, donc en ce moment, je suis en vacances ! 15

 Bon stages à vous tous ! Et à bientôt ! 16