Abstract FR:

Les performances des piles a combustible sont entre autres limitees par deux problemes lies a la thermohydraulique : l'assechement des membranes et l'engorgement en eau des canaux de distribution des gaz. Ces travaux de these traitent essentiellement des problemes d'engorgement en eau dans les canaux de distribution des gaz d'une pile a combustible. Ils ont montre que trois regimes d'ecoulement etaient possibles selon la nature du gaz : l'ecoulement intermittent, l'ecoulement annulaire et l'ecoulement doublement stratifie, materialise par un film liquide localise uniquement sur les faces inferieures et superieure du canal. L'ecoulement doublement stratifie conduit aux performances de la pile les plus elevees : la diffusion des gaz, a travers le film d'eau entourant le gaz dans l'ecoulement annulaire et les poches de gaz dans l'ecoulement intermittent, represente une etape limitante. De plus, l'ecoulement intermittent genere des instabilites sur la tension de la pile, liees aux passages des bouchons d'eau liquide. Suite a ces travaux, le modele de taitel & dukler 1976 base sur un modele de contrainte interfaciale, a ete retenu pour la modelisation hydraulique, car il prend en compte la nature des ecoulements diphasiques. La correlation de chen, employee pour decrire le frottement interfacial, represente de maniere tres satisfaisante les pertes de pression cote cathode. Une nouvelle correlation a ete proposee cote anode, apres une optimisation sur des resultats experimentaux. De plus, les travaux ont montre que, dans les conditions operatoires etudiees (pression de 1,5 a 4 bar, temperature de 50 a 80c, stoechiometrie de 1,5 a 2 et densite de courant de 0,25 a 0,5 a. Cm#-#2), les humidites relatives des gaz en entree d'une cellule de 200 cm#2 peuvent etre reduites a 42%.