Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement
Université de Biskra - Mohamed Khider
Affiliation
Département de Génie Electrique
Auteur
Soltani, Hanane
Directeur de thèse
BAHRI Mebarek (Professeur)
Co-directeur
BOUMEHRAZ Mohamed (Maitre de conférence)
Filière
Automatique
Diplôme
Doctorat
Titre
Modélisation et Commande des Piles à Combustibles de Type SOFC
Mots clés
Pile à combustibles, supercondensateur , modèle flous , modélisation, commande prédictive, observateur.
Résumé
Les piles combustibles sont des dispositifs électrochimiques dont la fonction fondamentale consiste à transformer directement l’énergie chimique d’un combustible en électricité et en chaleur. Une pile à combustible met en jeu, sans les mélanger, un combustible (hydrogène, méthanol, monoxyde de carbone….) et un comburant (généralement de l’oxygène pris dans l’air). La pile est composée de l’assemblage de cellules élémentaire, qui comportent une chambre cathodique (alimentée comburant) et une chambre anodique (alimentée en combustible) , séparées par deux électrodes (qui canalisent les électrons), et un électrolyte intermédiaire, solide ou liquide, selon le type de pile . Une pile à combustibles se différencie des autres piles (ou batteries) électrochimiques par le fait que le réactifs sont renouvelés et les produits évacué en permanence. Dans une pile classique, les matériaux constituant les électrodes sont consommables . Avec le temps, en fonction de l’usage, il se dégradent (oxydation de l’anode et réduction de la cathode) pour finalement rendre le processus inactif : la pile est usée. Dans une pile à combustibles, la structure (électrodes, électrolyte et sites réactifs) ne réagit pas, elle reste invariante dans le temps en respectant certaines précautions. Il reste donc à fournir en permanence des réactifs (combustibles et comburant) et à évacuer les produits de la réaction (eau, chaleur et électricité). Les piles à combustible sont actuellement considérées comme une alternative intéressante à d’autre modes de conversion d’élargie (moteur thermique, convertisseur, électromécanique). Elles peuvent ainsi répondre aux besoins multiples et croissants en énergie. En effet, la nécessité de réduire la pollution comme celle de répondre à raréfaction de l’énergie fossile font de la pile à combustible une technologie du futur. Toutefois, de nombreuses questions techniques restent en suspend, au niveau de la durée de vie des systèmes à pile à combustibles, de leur autonomie (problème de stockage de l’hydrogène) et aussi du cout, pour l’instant Au sein de la grande famille des piles à combustibles, la technologie à oxyde solide (solide oxyde fuel cell) semble recueillir une certaine unanimité quant à ses potentialités techniques et en termes d’application. La technologie SOFC se prête particulièrement bien à la production d’électricité décentralisée et à la cogénération (domaines couvrant des puissances allant de 1 KW à quelque dizaine de MW). Elle est, de plus, modulaire, c’est-à-dire que les facteurs d’économie d’échelle y sont peu importants. Grace à son fort rendement et sa capacité potentielle à fonctionner directement avec des hydrocarbures liquides, elle trouvera également un débouché dans la propulsion navale, voire terrestre (trains, camions, ….). Le générateur à pile combustibles est un processus complexe. Il est le siège de plusieurs phénomènes physiques différents (électrochimique, thermique,…..) et l’utilisation de cette source d’énergie ne peut se faire sans la mise en place de commandes appropriées et la synthèse d’une loi de commande efficace nécessite une modélisation convenable de ces phénomènes physique.
Statut
Validé