Daniel HISSEL

La modélisation numérique des piles à combustible PEM permet d’optimiser leur conception, d’améliorer leurs performances et leur fiabilité, et de réduire leur coût. Découvrez les différentes méthodes de modélisation spatiale de ces dispositifs.

Les systèmes de piles à combustible sont particulièrement adaptés pour des applications nécessitant de fortes puissances et de l'autonomie. La mobilité non terrestre, c'est-à-dire les navires et les avions, correspond bien à ces caractéristiques. 

Comment intègre-t-on l'objet "pile à combustible" dans un système opérationnel ? Quelles en sont les applications dans les domaines de la production d'énergie et de la mobilité terrestre ?

Quels sont les principes physiques des piles à combustible ? Quels sont les différents types de piles aujourd'hui matures, et pour quel usage ?  

Les piles à combustible, technologie déjà assez ancienne, offrent aujourd'hui des perspectives intéressantes dans un grand nombre de domaines, depuis la téléphonie jusqu'à la cogénération en passant par le transport. Il existe un grand nombre de technologies de piles à combustible. Quelles sont leurs spécificités et les usages attendus ?   

Le bon fonctionnement des piles à combustible PEMFC et SOFC, qui sont le siège de phénomènes physiques multiples et complexes, impose la maîtrise de la température. Les modélisations thermiques mises en œuvre sont de deux types, méthode nodale pour les parties solides et méthode aux différences finies pour les gaz.

Les systèmes pile à combustible du type à membrane échangeuse de protons fonctionnent avec des électrolytes solides à basse température ou à haute température. A ce jour, ces ensembles restent encore très complexes avec des paramètres de fonctionnement interagissant fortement entre eux.

L’article commence par rappeler les définitions théoriques des systèmes flous, et plus précisément celles des régulateurs flous multivariables, ainsi que les éléments pour leur implantation. Il énonce ensuite un ensemble de règles empiriques permettant le choix, pour le régulateur flou, des variables d’entrée, des facteurs de normalisation et de dénormalisation, et des fonctions d’appartenance de fuzzification. Pour terminer, il s’intéresse au réglage du régulateur flou, problème majeur, par le biais d’une méthode de réglage qualitative et d’une méthode d’autoréglage.

Cet article décrit une application expérimentale concrète sur un hacheur-dévolteur, système flou par excellence. L’étude de ce système physique permet de montrer que la régulation floue temps-réel de systèmes à grande dynamique est dorénavant possible grâce aux processeurs de nouvelle génération. Après une synthèse, sont présentées des solutions industrielles, logicielles et matérielles, existantes actuellement sur le marché, pour la réalisation pratique d’un système ou d’un contrôleur flou.