LINARES-LAMUS Rafael-Antonio

La pile à combustible convertit l’énergie chimique des réactants en énergie électrique conti-nue, en chaleur et en eau. Elle est généralement utilisée autour d’un point de fonctionnement (ou zone) correspondant à un maximum de puissance électrique. Le courant continu produit par la réaction d’oxydo-réduction est proportionnel à la surface active de la pile et la tension, qui est d’environ 0,6 V au point de nominal de fonctionnement, peut être augmentée par la mise en série de plusieurs cellules (constituant un stack). En raison de son faible niveau de tension continue, son utilisation dans des systèmes électriques nécessitent de l’associer à des convertisseurs de puis-sance. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse s’intéressent au potentiel d’une source électrique continue basse tension et plus exactement à l’utilisation de la pile à combustible en fonc-tionnement source de courant commandée (par le débit d’un des réactants). L’expertise du labora-toire GREEN dans le domaine des supraconducteurs, nous a conduit naturellement vers une appli-cation innovante à savoir substituer les alimentations de puissance dédiées aux dispositifs supra-conducteurs par une pile à combustible. Un premier essai prometteur mené sur une bobine supra-conductrice de 4 mH a mis en évidence tout le potentiel d’une telle application et nous a encouragé à étendre l’étude à des bobines supraconductrices fortement inductives, de plusieurs henry. En effet, les énergies mises en jeu sont alors plus importantes et exigent de dimensionner avec soin le banc d’essai, aussi bien du point de vue de la protection de la pile que des conditions opératoires. Pour ce faire, une modélisation et une expérimentation d’un ensemble pile à combustible/bobine supraconductrice ont également été réalisées. En parallèle du travail mené sur la partie alimentation de la bobine supraconductrice, nous avons travaillé sur le dimensionnement d’un dispositif supraconducteur innovant, communément appelé aimant vectoriel, à trois axes. Ce système peut servir comme charge pour une pile à com-bustible mais aussi, et surtout, comme outils de caractérisation d’échantillons supraconducteurs. Cet aimant vectoriel permet d’orienter dans les 3 directions de l’espace un champ magnétique de plusieurs tesla, uniforme à plus de 95 % dans une sphère de 100 mm de diamètre. Ce dimension-nement, nous a permis de concevoir et réaliser la structure supportant le bobinage du fil et de choi-sir un certain fil supraconducteur. Le système complet devant coûter moins de 50 k€, cryostat in-clus, nous nous sommes orientés vers du fil supraconducteur à basse température critique, refroidi à l’hélium liquide.