Dans ce travail, nous avons étudié un électrolyseur haute température à oxydes solides. Technologie prometteuse pour la production massive d'hydrogène à faible coût, elle doit cependant encore faire l'objet de développement afin d'augmenter la durée de vie et d'améliorer les performances électriques.

Pour oeuvrer dans ce sens, nous avons réalisé différents travaux de modélisation à différentes échelles. Dans une première approche, nous avons modélisé une cellule d'électrolyse en étudiant plus particulièrement les transferts de masse et de charge. Il en résulte que la description de la cinétique électrochimique se doit d'être la plus précise possible pour garantir une plus juste représentation des différents flux. Ainsi, dans une seconde approche, une étude expérimentale et théorique des réactions d'électrodes a été menée pour aboutir à une meilleure compréhension des cinétiques électrochimiques. Le comportement électrochimique des électrodes est fortement dépendant de la microstructure et de la composition du gaz pour l'électrode à hydrogène. Cela rend l'utilisation d'une loi de Butler-Volmer inadaptée pour prédire le comportement des cellules d'électrolyse dans différentes conditions d'alimentation.

L'étude expérimentale serait à approfondir pour mieux appréhender l'influence des différents paramètres. De là, à l'aide d'un réseau de neurones, il serait alors possible d'obtenir une expression analytique de loi cinétique directement utilisable dans des modèles macroscopique. Enfin, dans une troisième et dernière approche, nous avons modélisé un élément de répétition d'un empilement de cellule d'électrolyse. Les phénomènes convectifs jouent un rôle important dans les distributions de concentration et de température au sein de la cellule.

Une optimisation du design de l'interconnecteur est à envisager pour permettre une plus
homogénéité des distributions.

Enfin, la comparaison d'une alimentation en mode co- et contre-courant nous a révélé l'avantage du dernier concernant la réduction des gradients de température dans la cellule.

Composition du jury :

Monsieur Sergueï Martemianov, Professeur, Université de Poitiers
Monsieur Olivier Lottin, Professeur, Nancy-Université
Monsieur Fabrice Mauvy, Professeur, Université de Bordeaux 1
Monsieur Jean-Pierre Chabriat, Professeur, Université de la Réunion
Monsieur Patrick Ozil, Professeur, Grenoble INP
Monsieur Jonathan Deseure, Maître de Conférences, Université Joseph Fourier Grenoble
Monsieur Mohsine Zahid, Chercheur, EDF R&D - Université de Karlsruhe