Description du sujet de thèse

L'objectif et le principal défi de cette thèse est de mieux comprendre les phénomènes de transport dans les piles à combustible, à la fois dans des conditions de fonctionnement stables et transitoires. Les piles à combustible sont des dispositifs multi-physiques et multi-échelles, où se produisent des phénomènes de transport de masse, d'énergie et de charge ainsi que des réactions électrochimiques. Une compréhension approfondie de ces phénomènes est essentielle pour optimiser l'efficacité énergétique, la durabilité et le coût de ces dispositifs. La modélisation du transport de l'eau, de l'oxygène et des mécanismes de transfert de chaleur dans les piles à combustible peut conduire à une amélioration significative de la conception des matériaux et des systèmes. Cela prend moins de temps que les essais expérimentaux et peut fournir un aperçu rapide du comportement des piles à combustible en fonctionnement.
Comme il n'est pas possible de modéliser tous les phénomènes de manière très détaillée, l'estimation in situ ou in-operando des paramètres de transport effectifs associés à des modèles réduits s'est avérée être un outil efficace pour mieux comprendre les phénomènes de transport qui ont lieu dans la pile à combustible. Des méthodes expérimentales originales pour l'estimation des coefficients de diffusion effectifs et des conductivités thermiques ont été développées par notre équipe de recherche. Bien qu'une estimation réaliste des paramètres de transport ait été obtenue, de nombreux efforts sont nécessaires pour approfondir la connaissance de ces phénomènes. Une modélisation plus précise du transport couplé de l'eau et de la chaleur dans une pile à combustible élémentaire sera donc réalisée dans le cadre de cette thèse.
Une attention particulière sera accordée à la gestion de l'eau et de la chaleur en conditions transitoires. En effet, les conditions sèches peuvent conduire à une dégradation sévère, tandis que l'accumulation d'eau liquide dans les pores peut entraver la diffusion des gaz réactifs, provoquer une panne de combustible et des instabilités de tension. Dans les deux cas, la durabilité et les performances sont considérablement affectées. Des modèles efficaces sont nécessaires pour contrôler correctement les systèmes de piles à combustible pendant les régimes transitoires, ce qui empêchera la dégradation des conditions de fonctionnement des piles à combustible. Par conséquent, l'un des objectifs de cette thèse sera de développer un modèle décrivant la chaleur couplée à l'eau au sein d'une pile à combustible dans des conditions transitoires. Plus précisément, la saturation en eau à la cathode de la pile à combustible pendant les cycles de charge sera étudiée pour révéler sa relation avec la performance de la pile à combustible.
Enfin, le développement de modèles réduits et l'estimation des paramètres associés amélioreront le contrôle et la conception des piles à combustible ainsi que la sélection de matériaux clés tels que les membranes, les électrodes et les couches de transfert poreuses améliorant la performance des piles.

Contexte de travail

Unité mixte de recherche de l'Université de Lorraine et du CNRS, le LEMTA (Laboratoire Énergies et Mécanique Théorique et Appliquée, UMR 7563) axe ses recherches sur la Mécanique et l'Énergie et constitue l'un des cinq laboratoires de la Fédération de Recherche Jacques Villermaux pour la Mécanique, l'Énergie et les Procédés. Organisé en trois groupes de recherche et une opération scientifique transversale sur l'IRM, le laboratoire contribue à la création de nouvelles connaissances dans le domaine des sciences de l'ingénieur. Ces recherches sont menées par près de 75 chercheurs et enseignants-chercheurs, 30 personnels administratifs et techniques travaillant dans les services communs d'appui à la recherche (finance & administration, conception et fabrication mécanique, électronique & instrumentation, logistique et projets, informatique & calcul) et une soixantaine de doctorants et post-doctorants.
Le doctorant travaillera dans l'équipe de recherche sur la technologie de l'hydrogène au LEMTA à Vandœuvre-lès-Nancy (France), sous la supervision du Prof G. Maranzana et du Dr G. Sdanghi.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Le poste pour lequel vous postulez est situé dans une zone relative à la protection du potentiel scientifique et technique. Il nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du ministère de l'enseignement supérieur, de la recherche et de l'innovation.