Soutenance de thèse – Gautier CAPDEVILLE – Mercredi 22 juillet 2026 à 14h00 – Salle des thèses de l’ENSEEIHT

Cette thèse se déroule au sein de l’Institut de Recherche Technologique Saint Exupéry de Toulouse dans le groupe technologies plus vertes ainsi que du Laboratoire Plasma et Conversion d’énergie (LAPLACE), dans le groupe Génie Electrique et Systémique (GENESYS). L’IRT Saint Exupéry est porteur du projet HEMOWHY (Heavy MObility With HYdrogen) au sein d’un consortium constitué d’industriels (AIRBUS, LIEBHERR-AEROSPACE et FLYING-WHALES) et de laboratoires académiques (Laboratoire CIRIMAT, Laboratoire LAPLACE). Le projet HEMOWHY cherche à mieux comprendre les mécanismes de vieillissement des piles à combustible basse température (PAC PEM-BT) soumises à des harmoniques de courant tels que ceux émis par un convertisseur Boost, dans le cadre d’une application aéronautique.

La transition vers des solutions de mobilité électrique basées sur les piles à combustible constitue un levier important de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Cependant, la durabilité des PAC PEM-BT demeure un enjeu majeur pour leur déploiement à grande échelle. Dans les systèmes embarqués, l’énergie électrique produite par la pile est généralement transmise à la charge via un convertisseur statique de puissance, susceptible d’imposer des ondulations de courant à haute fréquence au stack. L’impact de ces harmoniques sur le vieillissement des piles à combustible reste aujourd’hui insuffisamment caractérisé dans la littérature, notamment en ce qui concerne les mécanismes de dégradation associés et leur vitesse d’apparition. De plus, les données expérimentales disponibles sur des campagnes de vieillissement longues et répétées demeurent limitées, et les modèles prédictifs intégrant explicitement les ondulations de courant sont encore rares.

Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est d’étudier l’impact des ondulations de courant haute fréquence sur la durabilité des stacks PEM-BT et de comparer l’évolution de leurs performances lorsqu’ils sont soumis à un courant constant ou à une ondulation de courant. Les travaux visent notamment à déterminer si les harmoniques générées par des convertisseurs de puissance de type Boost, très fréquemment associés aux PAC PEM-BT, sont susceptibles d’accélérer le vieillissement des stacks PEM-BT. Un second objectif a consisté à mettre en œuvre une procédure d’assemblage et d’encapsulage reproductible d’assemblages membrane-électrodes (AME) dans des boîtiers monocellule dédiés aux PAC PEM-BT.

Pour répondre au principal objectif de la thèse, plusieurs campagnes expérimentales de vieillissement ont été réalisées sur des stacks PEM-BT fournis par la société Alstom Hydrogène. Chaque campagne comprend un essai de référence à courant constant et un essai sous ondulations de courant sinusoïdales. Les essais sous harmoniques ont été conduits à une fréquence de 10 kHz, représentative des convertisseurs Boost, avec une amplitude d’ondulation de 20 % du courant moyen. L’analyse du vieillissement repose sur le suivi d’indicateurs électrochimiques issus de différentes techniques de caractérisation, permettant d’identifier l’évolution des performances du stack et les mécanismes de dégradation associés.

Enfin les résultats obtenus visent à évaluer la nécessité de dispositifs de filtrage des harmoniques de courant dans les architectures électriques intégrant des piles à combustible. Une telle décision revêt une importance particulière dans le domaine aéronautique, où les contraintes de masse, de volume et de rendement énergétique sont déterminantes pour la conception de systèmes à faible impact environnemental.