Thèses sur le sujet « Membranes bipolaires »

Les batteries plomb/acide dont la conception est ancienne présentent une énergie massique faible. Le principe bipolaire inventé il y a plus d'un siècle correspond à un fonctionnement optimisé de ce couple et autorise l'utilisation de membranes composites allégées comme support des matières actives. Le développement de ces accumulateurs et des parois bipolaires a été entravé, jusqu'alors, par des problèmes technologiques et fait l'objet de cette étude. Après avoir défini les modes de fabrication des membranes composites, une méthode de caractérisation a été mise au point pour évaluer la stabilité chimique et électrochimique des matériaux utilisés. Ceci a permis la fabrication de parois composites qui ont été utilisées dans une cellule expérimentale de conception bipolaire. Parmi ces membranes, trois formulations différentes répondent au cahier des charges imposé et pourront être envisagées pour la fabrication de prototypes. Un modèle numérique a été développé pour optimiser la conception de ces accumulateurs. Il a permis de déterminer la conductivité minimale d'un composite pour assurer un fonctionnement correct de l'accumulateur et d'estimer les épaisseurs de pâte permettant d'optimiser les rendements d'utilisation des matières actives. La partie principale de l’étude repose sur la mise au point de prototypes fonctionnels. Les différents modes de montages envisagés ont permis de mettre en évidence les facteurs déterminant le bon fonctionnement de ce type d'accumulateur dont la réalisation a été effectuée, dans un premier temps, avec des membranes en plomb. Les performances mesurées sur ces prototypes ont été utilisées pour effectuer des estimations. Les performances envisageables avec des membranes composites dépassent 45 w. H/kg, pour les faibles régimes de décharges, et 1000 w/kg pour les forts régimes de décharges. Celles-ci placent ces accumulateurs en concurrence directe avec les batteries au nickel-cadmium et les super condensateurs.

Ce travail est une contribution à l’étude du rôle des plaques bipolaires sur le fonctionnement des piles à combustible à membrane, en particulier l’effet du design de ces plaques en tant que distributeur de gaz réactifs, et la recherche de matériaux métalliques pouvant remplacer les matériaux carbonés conventionnels. Les performances des piles à combustible sont entre autres limitées par certains problèmes liés à la thermohydraulique : l'assèchement des membranes et l'engorgement en eau des canaux de distribution des gaz. Ces performances sont limitées aussi par le type des membranes, et des plaques bipolaires utilisées. Ces travaux de thèse traitent essentiellement une comparaison entre des membranes ainsi que des plaques bipolaires. Nous avons également étudié les problèmes liés à l’humidité, en particulier l’'engorgement en eau dans les canaux d'une pile à combustible par des essais de visualisation : l’évacuation de l’eau liquide dépend très fortement de la gravure des plaquesDe plus, nous avons recherché des matériaux métalliques candidats à la réalisation de plaques bipolaires pour remplacer le graphite, encombrant et couteux. Deux matériaux ont été étudiés : l’acier inox 316L et l’alliage nickel-tungstène déposé sur une plaque de cuivre. L’inox 316 L, utilisé comme matériau pour les plaques bipolaires, montre une bonne résistance aux conditions agressives régnant au sein de la pile à combustible à membrane, comme l’ont montré des essais réalisés pendant près de 1000 heures
This work is a contribution to the study of the role of bipolar plates on the operation of fuel cell membrane, in particular the effect of the design of these plates as a distributor of reactive gases, and the search for metallic materials that can replace conventional carbon materials .The performance of fuel cells are limited by , among other problems related to thermal hydraulics : dewatering membranes and waterlogging distribution channels gas . This performance is also limited by the type of membrane and bipolar plates used . This thesis deal primarily a comparison between membranes and bipolar plates . We also investigated problems related to moisture , especially the '' water flooding in the channels of a fuel cell by visualization tests : the evacuation of liquid water is highly dependent on the etching platesIn addition, we have searched for metallic materials candidates embodiment to replace the bipolar plates of graphite, cumbersome and costly . Two materials have been studied : 316L stainless steel and the nickel - tungsten deposited on a copper plate . The 316 L stainless steel , used as material for bipolar plates , shows good resistance to aggressive conditions within the fuel cell membrane, as shown by tests carried out over nearly 1000 hours

Le cruor bovin, déchet des abattoirs est produit en très grande quantité dans le monde. Ce coproduit est composé principalement d'hémoglobine, une protéine riche en peptides bioactifs après son hydrolyse enzymatique. Cependant, lors de l'hydrolyse conventionnelle par la pepsine, des agents chimiques sont nécessaires pour ajuster et réguler le pH de la solution et, les hydrolysats finaux produits contiennent des niveaux élevés en sels minéraux. Pour pallier ces inconvénients, il a été proposé d'appliquer dans cette étude, pour la première fois, une technologie verte, appelée électrodialyse avec membrane bipolaire (EDMB), comme méthode alternative à l'hydrolyse enzymatique conventionnelle de l'hémoglobine afin d’obtenir des peptides bioactifs purifiés. Les objectifs de cette thèse étaient de tester la faisabilité de ce nouveau procédé pour la production de peptides bioactifs à partir d'hémoglobine bovine, d'établir les conditions optimales, d'éviter le colmatage membranaire et d'appliquer un nouveau procédé original d’EDMB à « multiple-étapes » permettant la production de peptides bioactifs déminéralisés sans ajout de produits chimiques. Des configurations bipolaires/monopolaires (anioniques ou cationiques) utilisant les ions H+ et OH- générés par les membranes bipolaires pour réguler le pH ont été étudiées et comparées à un procédé conventionnel utilisant des acides et des bases chimiques. La configuration d’EDMB formée avec les membranes cationiques a permis la production d'hydrolysats contenant une faible concentration en sels minéraux mais avec la présence d’un colmatage sur la membrane cationique, alors que la configuration d’EDMB utilisant des membranes anioniques a permis la production d'hydrolysats sans colmatage mais avec une concentration en sel similaire à celle de l’hydrolyse conventionnelle (contrôle). En se basant sur ces résultats, une nouvelle configuration d’EDMB à 3 compartiments a été mise en place et étudiée pour dénaturer l'hémoglobine, inactiver la réaction enzymatique et déminéraliser à 85% l'hydrolysat peptidique en simultané. Cependant, un colmatage a encore été observé sur la membrane anionique en raison de la précipitation de l'hème. Pour cette raison, une étape supplémentaire de décoloration a été réalisée avant la déminéralisation pour éviter le colmatage en utilisant l'acide électro-généré. Les peptides décolorés et déminéralisés récupérés ont montré une activité antioxydante, une activité antibactérienne contre plusieurs souches bactériennes (Gram + et Gram -) et pour la première fois une activité antifongique contre de nombreuses souches de moisissures et de levures. Dans un contexte d’économie circulaire, cette technologie durable s'avèrerait efficace pour effectuer plusieurs opérations simultanément et présente un potentiel important au niveau industriel pour l'hydrolyse du sang, puisqu'elle produit des bio-peptides purifiés ayant une faible teneur en sels minéraux et pouvant être utilisés comme conservateurs naturels sur la viande
Bovine cruor, a slaughterhouse waste, is produced in large quantities all around the world. This co-product was mainly composed of hemoglobin, a protein rich in bioactive peptides after its enzymatic hydrolysis. However, during conventional hydrolysis, chemical agents are necessary to adjust/regulate the pH of the solution and the final hydrolysates produced contain high levels of mineral salts. Therefore, in this study, it is proposed to apply, for the first time, a green technology, named electrodialysis with bipolar membrane (EDBM), as an alternative method to the conventional enzymatic hydrolysis of hemoglobin to obtain purified bioactive peptides. The main objectives of the present thesis were to test the feasibility of this new process to produce bioactive peptides from bovine hemoglobin, to establish the optimal conditions, to avoid membrane fouling and to apply a new original « multiple-step » EDMB process allowing the production of demineralized bioactive peptides without the addition of chemical salts. Bipolar/monopolar (anionic or cationic) configurations using the H+ and OH- generated by the bipolar membranes to regulate the pH were investigated and compared to a conventional process using chemical acid and base. The EDBM configuration formed with cationic membranes allowed the production of hydrolysates containing a low concentration of mineral salts but with fouling formation on the cationic membrane, while EDBM configuration formed with anionic membranes allowed the production of hydrolysates without fouling but with a similar salt concentration than the control. Based on these results, a new 3 compartments EDBM configuration was carried-out for denaturing the hemoglobin, inactivating the enzymatic reaction and demineralizing up to 85% the hemoglobin hydrolysate simultaneously. However, a fouling was still observed on the anionic membrane due to hem precipitation. For this reason, an additional step of discoloration was tested before the demineralization to avoid fouling using the electrogenerated acid. The discolored and demineralized peptides recovered showed antioxidant activity, antibacterial activity against many bacterial strains (Gram + and Gram -) and for the first time antifungal activity against many molds and yeasts strains. Moving towards a circular economy, this sustainable technology has found to be effective in performing multiple operations simultaneously and has a great potential for industrial hydrolysis of blood, since it produces purified biopeptides with a low mineral content and can be used as natural preservatives on meat

Dans ce travail l'électrodialyse conventionnelle (EDC) a été utilisée pour concentrer une solution diluée de formiate de sodium jusqu'à une concentration de 2 mol L-1. Puis, l'électrodialyse à membranes bipolaires (EDMB) a été proposée pour régénérer l'acide formiqueet l'hydroxyde de sodium à partir de la solution de formiate de sodium concentrée. L'influence des différents paramètres opératoires sur les performances de l'EDMB, tels que les concentrations initiales et la densité de courant, a été étudiée pour deux configurations: à deux compartiments avec une membrane échangeuse de cations (MEC) et à trois compartiments avec une MEC et une membrane échangeuse d'anions (MEA). Il a été démontré que la diffusion de l'acide formique et la fuite de OH- sont les phénomènes principaux qui limitent le rendement faradique et la pureté des solutions obtenues. Une cellule Electrocell AB a permis d'étudier la diffusion à travers différentes membranes commerciales. L'influence des paramètres suivants sur la diffusion a été étudiée: concentrations de l'acide formique, du formiate de sodium et de la soude, température, nature des membranes. Ces études ont permis de comparer les performances entre les différentes membranes commerciales. Les essais de diffusion ont été comparés aux experiences sur un pilote. Un modèle prédictif basé sur les bilans de matière a été proposé et validé à l'echelle pilote pour l'EDMB à deux et à trois compartiments. Il permet de prévoir l'évolution des différentes espèces ainsi que le rendement faradique attendu à partir des concentrations initiales, de la densité de courant et de la température
In this work the conventionally electrodialysis (CED) was used to concentrate a dilute solution of sodium formate up to a concentration of2 mol L-1. Then, the bipolar membrane electrodialysis (BMED) has been proposed to regenerate formic acid and sodium hydroxide from the concentrated sodium formate solution. The influence of various operating parameters on the performance of the BMED, such as initial concentrations and current density, was studied for two configurations: two compartments with a cation-exchange membrane (CEM) and three compartments with a CEM and anion-exchange membrane (AEM). Il has been shown that the diffusion of formic acid and leakage of OH- are the main phenomena that limit the current efficiency and purity of obtained solutions. A small cell (Electrocell AB) was used to study the diffusion through various commercial membranes. The influence of parameters on the diffusion has been studied: the concentration of formic acid, sodium formate and sodium hydroxide, temperature, mature of membranes. These studies compare the performance between the differents commercial membranes. The diffusion tests were compared to pilote experiments. A predictivemodel based on mass balance was proposed and validated at pilot scale for two and three compartments BMED. It allows to predict the evolution of different species and current efficiency expected from the initial concentrations, the current density and temperature

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019
Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019
La canneberge, petit fruit riche en composés phénoliques dont les anthocyanes et les proanthocyanidines, a de nombreux effets positifs sur la santé humaine. La consommation de jus de canneberge brut est un moyen d’en bénéficier, mais ce produit n’est pas toujours attrayant pour les consommateurs en raison de son manque de palatabilité et des possibles effets secondaires qu’il peut entraîner. Pour limiter ces désagréments, il est possible de désacidifier le jus de canneberge brut et parmi les méthodes actuellement disponibles, l’électrodialyse avec membranes bipolaires est particulièrement prometteuse. Jusqu’à présent les essais de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été réalisés sur des cellules à l’échelle laboratoire et en utilisant une nouvelle solution de récupération des acides organiques d’un essai à l’autre, ce qui limite son application à l’échelle industrielle. Le but de cette étude était, dans une optique d’industrialisation future, de tester le procédé à long terme sur une cellule semi-industrielle et de l’améliorer en réutilisant la solution de récupération d’un essai de désacidification à l’autre. Ainsi, des essais de désacidification du jus de canneberge ont été réalisés pour comptabiliser un total de 95 heures d’utilisation de la cellule semi-industrielle, sans poser de problème majeur au niveau de la résistance globale du système. De plus, le fait de réutiliser la solution de récupération des acides organiques n’a pas eu d’impact sur les caractéristiques physico-chimiques du jus désacidifié, et a permis des gains d’énergie allant jusqu’à 42,9 % après trois réutilisations, en plus de réduire les effluents du procédé. Ainsi, la mise à plus grande échelle et l’amélioration du procédé de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été concluantes et le transfert de la technologie en industrie est la prochaine étape à envisager.
La canneberge, petit fruit riche en composés phénoliques dont les anthocyanes et les proanthocyanidines, a de nombreux effets positifs sur la santé humaine. La consommation de jus de canneberge brut est un moyen d’en bénéficier, mais ce produit n’est pas toujours attrayant pour les consommateurs en raison de son manque de palatabilité et des possibles effets secondaires qu’il peut entraîner. Pour limiter ces désagréments, il est possible de désacidifier le jus de canneberge brut et parmi les méthodes actuellement disponibles, l’électrodialyse avec membranes bipolaires est particulièrement prometteuse. Jusqu’à présent les essais de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été réalisés sur des cellules à l’échelle laboratoire et en utilisant une nouvelle solution de récupération des acides organiques d’un essai à l’autre, ce qui limite son application à l’échelle industrielle. Le but de cette étude était, dans une optique d’industrialisation future, de tester le procédé à long terme sur une cellule semi-industrielle et de l’améliorer en réutilisant la solution de récupération d’un essai de désacidification à l’autre. Ainsi, des essais de désacidification du jus de canneberge ont été réalisés pour comptabiliser un total de 95 heures d’utilisation de la cellule semi-industrielle, sans poser de problème majeur au niveau de la résistance globale du système. De plus, le fait de réutiliser la solution de récupération des acides organiques n’a pas eu d’impact sur les caractéristiques physico-chimiques du jus désacidifié, et a permis des gains d’énergie allant jusqu’à 42,9 % après trois réutilisations, en plus de réduire les effluents du procédé. Ainsi, la mise à plus grande échelle et l’amélioration du procédé de désacidification du jus de canneberge par électrodialyse avec membranes bipolaires ont été concluantes et le transfert de la technologie en industrie est la prochaine étape à envisager.
Cranberry, a berry rich in phenolic compounds as anthocyanins and proanthocyanidins, has many beneficial effects on human health. To consume raw cranberry juice is a way to benefit from them, but that product presents a lack of palatability and can cause some side effects. To limit those inconveniences, raw juice can be deacidified and among all methods currently available, electrodialysis with bipolar membranes is very promising. Until now, essays to deacidify cranberry juice by electrodialysis with bipolar membranes were performed on laboratory scale cells using a fresh recovery solution from a deacidification essay to another. The aim of this work was to test the process on a larger scale for a longer period of time and to improve it by reusing the same recovery solution. Deacidification essays were performed in batch for a total of 95 hours on a semi-industrial cell and there was no major impact on the system global resistance. Furthermore, reusing the same recovery solution had no effect on the physicochemical properties of the deacidified juice, and energy savings up to 42.9% were recorded while the amount of waste produced was reduced. These positive results suggest the possibility to transfer the process at larger scale. Therefore, the next logical step for this project would be to scale-up the technology in factories for the industrial production of deacidified cranberry juice.
Cranberry, a berry rich in phenolic compounds as anthocyanins and proanthocyanidins, has many beneficial effects on human health. To consume raw cranberry juice is a way to benefit from them, but that product presents a lack of palatability and can cause some side effects. To limit those inconveniences, raw juice can be deacidified and among all methods currently available, electrodialysis with bipolar membranes is very promising. Until now, essays to deacidify cranberry juice by electrodialysis with bipolar membranes were performed on laboratory scale cells using a fresh recovery solution from a deacidification essay to another. The aim of this work was to test the process on a larger scale for a longer period of time and to improve it by reusing the same recovery solution. Deacidification essays were performed in batch for a total of 95 hours on a semi-industrial cell and there was no major impact on the system global resistance. Furthermore, reusing the same recovery solution had no effect on the physicochemical properties of the deacidified juice, and energy savings up to 42.9% were recorded while the amount of waste produced was reduced. These positive results suggest the possibility to transfer the process at larger scale. Therefore, the next logical step for this project would be to scale-up the technology in factories for the industrial production of deacidified cranberry juice.

La canneberge est un petit fruit typique du continent Nord-Américain et sa consommation s'est popularisée auprès de nombreuses personnes du fait de ses bienfaits reconnus sur la santé humaine. Le jus de canneberge possède également des effets bénéfiques sur la santé grâce à sa richesse en anthocyanes et en proanthocyanidines (PACs). Cependant, son contenu élevé en acides citrique, malique et quinique pourrait induire des effets secondaires au niveau intestinal lors de sa consommation quotidienne. De plus, la composition d'un tel type de jus pourrait également induire des changements au niveau du microbiote intestinal. De ce fait, l'objectif principal de cette thèse était de démontrer les effets potentiels du retrait des acides organiques par électrodialyse avec membranes bipolaires (EDMB) du jus de canneberge, sur l'apparition de l'inflammation intestinale in vitro et in vivo ainsi que sur le microbiote intestinal, tout en identifiant le ou les acide(s) organique(s) responsable(s) de cette inflammation et leur évolution au cours de la digestion. Dans un premier temps, l'étude réalisée in vitro a permis de démontrer pour la première fois l'évolution compositionnelle du jus de canneberge à chaque étape de la digestion. Les résultats ont indiqué une perte d'anthocyanes et de PACs majoritairement lors de la phase gastrique tandis que les concentrations en acides citrique, malique et quinique restaient inchangées à la fin de la digestion. De plus, il a été mis en évidence que l'acide citrique, présent dans le jus de canneberge, était responsable de la perte d'intégrité des cellules épithéliales et pourrait ainsi déclencher l'inflammation intestinale. Dans un second temps, une première étude réalisée in vivo, a quant à elle permis de démontrer l'effet de la concentration en acides organiques contenus dans le jus de canneberge sur l'apparition de l'inflammation intestinale chez la souris. Les résultats ont indiqué qu'il existait une relation entre la concentration en acides organiques du jus et la sévérité de l'inflammation intestinale observée. Aussi, il a été démontré que l'action protectrice des polyphénols, aux concentrations de ce jus de canneberge, aurait été diminuée par la forte teneur en acides organiques. Dans un troisième temps, une seconde étude in vivo a permis de confirmer l'importance de la concentration en polyphénols contenus dans le jus de canneberge quant à la protection de l'intestin contre l'apparition de l'inflammation. Les expériences menées chez la souris n'ont pas démontré de signe d'inflammation intestinale modulée par la teneur en acides organiques du jus de canneberge, de par sa teneur élevée en polyphénols. De ce fait, l'effet de l'EDMB sur l'amélioration de l'inflammation intestinale par le retrait des acides organiques contenus dans le jus de canneberge, n'a pas pu être démontré. Cependant, il a pu être observé que le retrait de ces acides organiques, à différents niveaux, induisait une modulation de la composition et des fonctions du microbiote intestinal. L'ensemble de cette thèse a donc démontré l'importance de l'aspect compositionnel du jus de canneberge quant à l'apparition de l'inflammation intestinale et la modulation du microbiote intestinal lors d'une consommation quotidienne. Cette thèse a également contribué à l'avancement des connaissances concernant l'impact de l'EDMB appliquée au jus de canneberge et les effets santé associés aux polyphénols et au microbiote intestinal en découlant.
Cranberry is a typical fruit from North America and its consumption increased due toits beneficial effects on human health. Cranberry juice is also recognized for its health benefits due to its richness in anthocyanins and proanthocyanidins (PACs). However, its high content of citric, malic and quinic acids could induce intestinal side effects when daily consumed. In addition, the composition of such a type of juice could also induce changes in the gut microbiota. Therefore, the main objective of this thesis was to demonstrate the potential effects of the removal of organic acids by electrodialysis with bipolar membrane(EDBM) in cranberry juice, on the apparition of intestinal inflammation in vitro and in vivo,as well as on the gut microbiota, while identifying the organic acid(s) responsible for this inflammation and their evolution during digestion. Firstly, an in vitro study demonstrated, for the first time, the evolution of composition of cranberry juice at each step of the digestion. Results indicated a loss in anthocyanins and PACs mainly at the gastric step while the content in organic acids was stable at the end of the digestion. Further more, it was evidenced that the content in citric acid of cranberry juice was responsible for the loss of integrity of the epithelial cells and, thereby, could induce intestinal inflammation. Secondly, a first in vivo study has shown the effect of the organic acid content of cranberry juice on the apparition of intestinal inflammation in mice. Results indicated a relation between the concentration in organic acids and the severity of the intestinal inflammation observed. Furthermore, the protective action of polyphenols, at the concentration of the juice, was decreased by the high content in organic acids. Thirdly, a second in vivo study, demonstrated the significance of the concentrations of polyphenols of cranberry juice in protecting the intestine from the occurrence of the inflammation. Experiments conducted in mice could not evidence intestinal inflammation modulated by the content in organic acids of cranberry juice, due to its high content in polyphenols. Therefore, the effect of EDBM on improving intestinal inflammation by removing the organic acid content of cranberry juice, could not be demonstrated. However, it was observed that the removal of organic acids, at different levels, induced a modulation of the composition and the functions of the gut microbiota. Finally, this thesis demonstrated the importance of the compositional aspect of cranberry juice for the apparition of intestinal inflammation and the modulation of gut microbiota when daily consumed. This thesis has also contributed to the understanding of the impact of EDBM applied to cranberry juice and its following health effects.

L'étude concerne le traitement d'un effluent contenant du nitrate d'ammonium par un procédé basé sur l'électrodialyse à membrane bipolaire (EDMBP). Cette opération permet de de regénérer l'acide et la base conjugués du sel traité (acide nitrique et ammoniac). Les problèmes inhérents à ce procédé sont dus à la nature moléculaire de l'ammoniac dont la diffusion à travers les membranes bipolaire et monopolaires contribue à baisser le rendement faradique. De même, la conductivité de la solution d'ammoniac récupérée doit être augmentée par ajout d'un électrolyte adapté, tel que la sooude. La désorption de l'ammoniac au fur et à mesure de sa production (sous faible pression et température élevée) permet d'une part de remédier à la baisse de rendement et d'autre part de réaliser la séparation ammoniac-soude. Par ailleurs, pour des raisons de consommation énergétique, la solution saline ne pourra pas être épuisée lors de l'électrodialyse à membrane bipolaire. A cet effet, un traitement complémentaire basé sur une électrodialyse conventionnelle permet d'atteindre cet objectif. Le concentrat résultant est recyclé en tête d'EDMBP. La faisabilité du procédé global constitué d'une électrodialyse à membrane bibpolaire assistée par stripping couplée à une électrodialyse conventionnelle, a été démontré. L'étude de l'EDMBP en mode de fonctionnement discontinu a permis de sélectionner les membranes sur le critère de rendement faradique et d'élucider l'influence de divers paramètres opératoires (concentration des divers composés, densité de courant). Les meilleures performances on été obtenues avec la menbrane échangeuse d'anionq AW (faible fuite en protons) et la membrane échangeuse de cations CMB. Le rendement faradique de l'acide nitrique est d'autant plus élevé que sa concentration est faible (85 et 75 % pour 1. 25 et 2. 0 mol 1-1 respectivement). Le rendement faradique de l'ammoniac avoisine 80-85% quand on maintient sa concentration dans le circuit base autour de 1 mol 1-1. Le fonctionnement en mode continu pour les circuits sel et acide (feed and bleed) confirme les résultats obtenus en batch. L'électrodialyse conventionnelle permet de générer un concentrat directement recyclabe avec l'alimentation en solution saline et un diluat contenant moins de 0. 003 mol 1-1 de nitrate d'ammonium. Cette solution constitue le seul rejet du procédé. L'originalité de ce travail réside dans le couplage EDMBP-stripping effectué en une seule étape alors que classiquement ces opérations sont faites en deux étapes différentes.

L'objectif de cette étude est d'examiner les écoulements diphasiques liquide/gaz dans les canaux des plaques bipolaires des piles à combustible afin de comprendre et de trouver des solutions au problème d'engorgement. L'influence de la section du canal et du matériau utilisé sur les pertes de charge (PDC) et sur la structure de l'écoulement d'eau liquide est plus particulièrement étudiée dans une expérience hors pile. Les mesures des PDC ont permis de mettre en évidence des séquences de bouchages et de débouchages, la fréquence de ces dernières augmentant avec le débit. Par ailleurs il est montré que le rapport des PDC diphasiques moyennées par les PDC en air sec décroit avec le débit et ceci indépendamment de la dimension du canal et qu'il est d'autant plus faible que le revêtement est hydrophile. Enfin différents régimes d'écoulements diphasiques (stratifié et de gouttes) ont pu être mis en évidence dans les différentes zones du canal et un modèle pour chacun d'eux a été établi, confirmant les résultats expérimentaux
This work focuses on the gas-liquid flows in the cathode plate, with the objective to observe their patterns, to understand their behavior, to estimate the pressure drops (PD) and eventually, to reduce clogging and its possible consequences in term of oxygen starvation downstream. A special emphasis is put on the effect of the channel section (typically between 0.5 and 1 mm²) and on the surface properties of the flow field plate materials. The experiments are performed ex-situ. The PD is measured locally along the channel as well as globally between the inlet and outlet, which put forward the existence of clogging/unclogging sequences. The characteristic frequency of these sequences increases with the air flow rate. The results show that the ratio of PD in two-phase flow to PD in dry flow decreases with the air flow rate while it does not seem to depend on the channel size (within the tested range). Moreover this ratio is lower with hydrophilic coating. Finally two main flow patterns (slug and annular flow) have been observed depending on the distance from the inlet and they have been simulated

Le présent travail est dédié à l’étude d’un procédé hybride couplant l’électrodialyse à membrane bipolaire et l’échange d’ions. Cette étude est appliquée au traitement de solutions diluées d’acide acétique. L’objectif est double : acquérir une compréhension théorique des processus de transfert et des mécanismes qui impactent la consommation énergétique de ce système hybride et, de façon plus appliquée, proposer une configuration de cellule qui permette d’éliminer l’acide de la solution traitée en la transférant vers un compartiment de concentration. Cette configuration doit permettre d’obtenir le taux de purification le plus élevé possible tout en minimisant la consommation d’énergie. Des critères visant à optimiser le choix des résines échangeuses d’ions (fortes ou faibles) dans les compartiments de dilution sont proposés. L’intérêt de l’utilisation d’une résine cationique forte sous forme H+ dans le compartiment de concentration est par ailleurs mise en évidence, conduisant à une diminution de la résistance du compartiment et de ce fait de la consommation d’énergie. Une étude réalisée sur des systèmes « couplés » et « découplés » a permis d’identifier les contributions résistives des différents éléments de l’empilement. Cette approche a conduit à la détermination des paramètres d’un modèle qui permet de prévoir la résistance électrique d’un lit de résine dans une solution donnée. Les consommations spécifiques d’énergie (kWh/kg d’acide transféré) ont été évaluées en fonction du taux de purification souhaité. L’ensemble de l’étude a permis d’établir des recommandations pour la conception de la cellule et pour le choix des paramètres opératoires
This work is dedicated to the study of a hybrid separation process involving bipolar membrane electrodialysis and ion exchange. This study is applied to the treatment of diluted effluents. The aim is first to acquire a theoretical understanding of transfer processes and mechanisms that affect energy consumption of this hybrid system. Then, in a more applied way, the objective is to be able to propose a cell configuration that allows to remove the acid from the treated solution by transferring it to a concentration compartment. This configuration must allow to obtain the highest purification rates as possible while minimizing energy consumption. Criteria aiming at optimizing ion exchange resins (strong or weak) in dilution compartment are proposed. The interest of the introduction of strong cationic resin under H+ form in the concentrated compartment is highlighted, as it enables reducing compartment resistance and hence energy consumption. Furthermore, experimental measurements successively conducted with “decoupled” and “coupled” systems identified resistive contributions of the different elements of the stack. This approach led to the determination of parameters of a model which predicts the resin bed electrical resistance in a given solution. Specific energy consumption (kWh/Kg transferred acid) was evaluated as a function of the desired purification rate. All the work led to recommendations for the cell design and for the choice of operating parameters

Face à la diminution des ressources énergétiques et à l’augmentation de la pollution des énergies fossiles, de très nombreuses recherches sont actuellement menées pour produire de l’énergie propre et durable et pour réduire l’utilisation des sources d’énergies fossiles caractérisées par leur production intrinsèque des gaz à effet de serre. La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est une technologie qui prend de plus en plus d’ampleur pour produire l’énergie qui s’inscrit dans un contexte de développement durable. La PEMFC est un dispositif électrochimique qui fonctionne selon le principe inverse de l’électrolyse de l’eau. Elle convertit l’énergie de la réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène (ou l’air) en puissance électrique, chaleur et eau; son seul rejet dans l’atmosphère est de la vapeur d’eau. Une pile de type PEMFC est constituée d’un empilement Électrode-Membrane-Électrode (EME) où la membrane consiste en un électrolyte polymère solide séparant les deux électrodes (l’anode et la cathode). Cet ensemble est intégré entre deux plaques bipolaires (BP) qui permettent de collecter le courant électrique et de distribuer les gaz grâce à des chemins de circulation gravés sur chacune de ses deux faces. La plupart des recherches focalisent sur la PEMFC afin d’améliorer ses performances électriques et sa durabilité et aussi de réduire son coût de production. Ces recherches portent sur le développement et la caractérisation des divers éléments de ce type de pile; y compris les éléments les plus coûteux et les plus massifs, tels que les plaques bipolaires. La conception de ces plaques doit tenir compte de plusieurs paramètres : elles doivent posséder une bonne perméabilité aux gaz et doivent combiner les propriétés de résistance mécanique, de stabilité chimique et thermique ainsi qu’une conductivité électrique élevée. Elles doivent aussi permettre d’évacuer adéquatement la chaleur générée dans le cœur de la cellule. Les plaques bipolaires métalliques sont pénalisées par leur faible résistance à la corrosion et celles en graphite sont fragiles et leur coût de fabrication est élevé (dû aux phases d’usinage des canaux de cheminement des gaz). C’est pourquoi de nombreuses recherches sont orientées vers le développement d’un nouveau concept de plaques bipolaires. La voie la plus prometteuse est de remplacer les matériaux métalliques et le graphite par des composites à matrice polymère. Les plaques bipolaires composites apparaissent attrayantes en raison de leur facilité de mise en œuvre et leur faible coût de production mais nécessitent une amélioration de leurs propriétés électriques et mécaniques, d’où l’objectif principal de cette thèse dans laquelle on propose: i) un matériau nanocomposite développé par extrusion bi-vis qui est à base de polymères chargés d’additifs solides conducteurs, incluant des nanotubes de carbone. ii) fabriquer un prototype de plaque bipolaire à partir de ces matériaux en utilisant le procédé de compression à chaud avec un refroidissement contrôlé. Dans ce projet, deux polymères thermoplastiques ont été utilisés, le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyéthylène téréphtalate (PET). Les charges électriquement conductrices sélectionnées sont: le noir de carbone, le graphite et les nanotubes de carbones. La combinaison de ces charges conductrices a été aussi étudiée visant à obtenir des formulations optimisées. La conductivité électrique à travers l’épaisseur des échantillons développés ainsi que leurs propriétés mécaniques ont été soigneusement caractérisées. Les résultats ont montré que non seulement la combinaison entre les charges conductrices influence les propriétés électriques et mécaniques des prototypes développés, mais aussi la distribution de ces charges (qui de son côté dépend de leur nature, leur taille et leurs propriétés de surface), avait aidé à améliorer les propriétés visées. Il a été observé que le traitement de surface des nanotubes de carbone avait aidé à l’amélioration de la conductivité électrique et la résistance mécanique des prototypes. Le taux de cristallinité généré durant le procédé de moulage par compression des prototypes de plaques bipolaires ainsi que la cinétique de cristallisation jouent un rôle important pour l’optimisation des propriétés électriques et mécaniques visées.
Faced to the declining of energy resources and the increase of energy pollution, many researches are focused on the production of clean and sustainable energy in order to reduce the use of fossil sources energy since they are the main source of greenhouse gases production. The Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) is a technology that is becoming increasingly important for clean and sustainable energy production. The PEMFC is an electrochemical device that operates according to the principle of inverse electrolysis of water. A PEMFC converts the chemical reaction between hydrogen and oxygen (or air) into electrical power, heat and water, while releasing only water steam into the atmosphere. A PEMFC consists of a bended multilayer Electrode-Membrane-Electrode (EME), where the membrane is a solid polymer electrolyte separating the anode and the cathode. This set is built between two bipolar plates used for collecting the electrical current and distributing the gas (hydrogen or oxygen) through gas flow paths etched on each face of the bipolar plates. Most of the recent research focused on the improvement of PEMFC performances, their durability and the reduction of their production cost. A lot of work was done on the development and characterization of the different elements of PEMFCs, including the bipolar plates, considered as one of the most expensive and most massive parts. The design of the bipolar plates must consider several parameters. They should combine good mechanical strength, good chemical and thermal stability, sufficient electrical conductivity and good ability to remove heat generated in the heart of the cell. Metal bipolar plates are penalized by their corrosion resistance, which causes a reduction of the cell life. Those obtained from graphite are brittle and their manufacturing cost is high (mainly due to channels machining cost). Therefore, much research is focused on the development of new concepts of bipolar plates in order to replace metals and graphite by new polymer based composites. The latter appear to be more attractive because of their good processing ability that could help reducing the production cost of PEMFCs. However, much more research has to be done on the improvement of their electrical and mechanical properties, which is the main objective of the present thesis in which we propose: i) To develop by twin-screw extrusion process an optimized polymer nanocomposite material in which conductive solid additives are incorporated, including carbon nanotubes. ii) Fabricate a bipolar plate prototype from theses optimized nanocomposites by using the compression molding process under controlled cooling. In this project, two thermoplastic polymers have been used as the matrix: polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyethylene terephthalate (PET). Three electrically conductive fillers were also used: carbon black, graphite and carbon nanotubes. Various combinations of these conductive additives were also studied in order to develop optimized nanocomposite formulations. Through-plane electrical conductivity of the developed nanocomposites as well as their mechanical properties have been carefully characterized. The obtained results showed that not only the combination of the conductive additives influences the nanocomposites through-plane conductivity and their mechanical properties, but also the distribution of these solid additives (which in turn depends on their nature, their size and their surface properties) helped to improve these properties. It has been observed that the surface treatment of the carbon nanotubes used in this study helped to increase both through-plane conductivity and mechanical strength of the developed bipolar plate prototypes. It was also observed that the crystallinity generated during bipolar plate cooling inside the compression mold as well as the crystallization rate play an important role in the optimization of the through-plane electrical conductivity and mechanical properties.

Le travail de la thèse concerne les impulsions de téléphonie mobile GSM (900MHz, 217Hz, 576µs) de DAS (débit d'absorption spécifique) jusqu'à 4. 6W/kg, agissant sur l'endocytose et la mitose cellulaires. Les résultats montrent que l'endocytose en phase fluide des cellules en culture est stimulée de 1. 4 fois environ sous GSM, pour des DAS moyens au-dessus de valeurs seuil entre 1. 3 et 2. 6W/kg, sans augmentation de température du milieu, dans deux systèmes d'exposition: une cellule fil-plaque et une cellule TEM, à 30°C. L'endocytose dépendante de la clathrine est la voie d'incorporation endocytaire stimulée par les GSM. La composante électrique des GSM est à l'origine de cette stimulation. La durée totale de la mitose cellulaire et les durées des différentes phases mitotiques, aussi bien que la cinétique de succession de ces étapes ne sont pas modifiées par l'exposition pendant 1h aux GSM à DAS local de 2. 2W/kg
This thesis reports the effects of electromagnetic GSM mobile phones pulses (900MHz, 217Hs, 576µs) with SAR (specific absorption rate) up to 4. 6 W/kg on cellular endocytosis and mitosis. The results here presented report that the fluid phase endocytosis of different cells in culture is stimulated 1. 4 fold under GSM exposure to average SARs above treshold values from 1. 3 to 2. 6W/kg without any bulk temperature increase. The effect was revealed using two exposure setups: a wire patch cell and a TEM cell, at 30°C. The clathrin-mediated endocytosis is the endocytotic pathway perturbed by the GSM exposure. A similar stimulation was observed under exposure to electrical pulses comparable to GSM electrical component suggesting that this electrical component is at the origin of endocytosis perturbation. The GSM exposure of 2. 2W/kg local SAR applied for 1h did not affect the mitosis progression, the total mitosis duration or each mitotic phase duration in our experimental conditions

Le présent travail porte sur l’étude comparative des procédés d’électrodialyse et d’électrodéionisation. Les possibilités d’application des procédés électro-membranaires à la production d’acide lactique par voie fermentaire sont investiguées. Deux axes de recherche sont choisis : le premier consiste à extraire de manière continue le lactate de sodium hors du milieu de fermentation. Pour cela, un empilement d’électrodialyse ne comportant que des membranes anioniques est couplé au fermenteur : environ 95 % des ions lactate sont extraits lors de l’opération. Par comparaison avec une fermentation témoin en mode batch, aucune inhibition de la fermentation n’est observée, et la productivité est multipliée par 13. Le deuxième axe de recherche consiste à convertir le lactate de sodium en acide lactique : un taux de purification comparable à celui obtenu en échange d’ions est recherché. Un procédé continu d’électrodéionisation à membranes bipolaires permettant d’atteindre 99,9 % de taux de conversion est élaboré pour le traitement de produit dilué. Est présentée finalement la modélisation mathématique d’un compartiment d’électodéionisation : les points expérimentaux sont fortement similaires aux points recalculés
This work deals with the comparative study of electrodialysis and electrodeionization. The possibilities to integrate the electro-membrane processes in the lactic acid fermentive production lines are investigated. Two main research ways are chosen : the first one lies in the continuous extraction of natrium lactate out of the fermentation middle. For this, an electrodialysis stack of only anionic membranes is coupled with the fermenter : approximately 95 % of lactate are removed during the operation. By comparison with a standard fermentation in batch mode, no inhibition is observed, and the productivity is increased by 13. The second way is to convert the natrium lactate in lactic acid : a high purity rate is seeked. A continuous electrodeioniation process including bipolar membranes, leading to 99,9% conversion rate, is elaborated for the treatment of diluted solutions. Finally is presented the mathematic calculation of an electrodeionization compartment : experimental points and calculated values are very similar

Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) doivent répondre à des exigences élevées de coût, performance, et durabilité. Cette thèse propose ainsi d'optimiser les propriétés de conduction électrique et de passivité d'aciers inoxydables pour plaques bipolaires de PEMFC. Ce travail expose la problématique de l'emploi d'aciers inoxydables et des solutions correspondantes, les propriétés des films passifs sur aciers ainsi que leur modification par des procédés bas coût. Des caractérisations des matériaux ont été effectuées, permettant d'étudier le comportement de deux alliages dans différents états et conditions représentatives d'un milieu PEMFC. L'état industriel des tôles ne convient pas à un emploi direct en pile. Une modification de surface étudiée améliore nettement la conduction électrique initiale, maintenant au vieillissement un niveau supérieur à l'état industriel. Ce traitement augmente également la résistance à la corrosion, particulièrement côté anodique
PEM fuel cells have to comply with stringent cost, performance, and durability criteria. Thus, the goal of this PhD was to optimize electrical conduction properties and passivity of stainless steels (SS) for PEMFC bipolar plates. This work presents the possible problems when using SS plates and corresponding solutions, SS passive film properties, as weIl as their modifications by low cost surface treatments. Material characterizations were performed, allowing to study the behaviour of two alloys in different states and conditions representative of a PEMFC media. The plate industrial state is not convenient for direct use in fuel cell. A surface modification studied improves widely electrical conduction at initial state. The performance is degraded with ageing, but maintaining a level higher than the initial industrial state. This treatment increases also corrosion resistance, particularly on the anode side

Ce mémoire porte sur l'étude d'un procédé d'électrolyse bipolaire destine au retraitement d'eaux contenant du tritium en faible concentration. Le but recherche est d'enrichir ces eaux en tritium par électrolyse, tout en réalisant un dégagement d'hydrogène gazeux de très faible activité. Pour ce faire, nous avons utilisé la perméation électrochimique de l'hydrogène à travers des membranes d'alliage Pd-Ag, phénomène qui est d'autant plus rapide que l'isotope est léger. La première partie de l'étude concerne la diffusion de l'hydrogène et du deuterium à travers ces membranes. L'influence de traitements d'activations et de traitements thermiques a été étudiée grâce à la technique de perméation électrochimique et aux moyens de caractérisation du solide. Ceci a permis de mettre en évidence une relation entre le mécanisme de diffusion et la microstructure de la membrane. La seconde partie de l'étude porte sur la détermination des mécanismes d'entrée de l'hydrogène dans la membrane par spectroscopie d'impédance. Nous proposons un mécanisme a deux étapes de décharge électrochimique parallèles, l'une conduisant à des atomes d'hydrogène fortement adsorbes qui sont absorbes puis qui diffusent ensuite à travers la membrane, l'autre conduisant à des atomes d'hydrogène faiblement adsorbes formant de l'hydrogène moléculaire selon la réaction de Tafel. Tant pour l'hydrogène que pour le deuterium, nous avons détermine les constantes cinétiques de chacune de ces étapes. Ceci nous a permis de calculer le facteur de séparation isotopique théorique. Le dernier volet de ce travail concerne la détermination du facteur de séparation isotopique hydrogène/deuterium. Les résultats obtenus sont cohérents avec les valeurs théoriques que nous avons calculées. Nous avons enfin détermine expérimentalement la valeur du facteur de séparation isotopique hydrogène/tritium. A partir de celle-ci, nous avons pu simuler le fonctionnement d'un électrolyseur opérationnel et démontrer la faisabilité du procédé.

La canneberge (Vaccinium macrocarpon) et ses produits dérivés renferment de fortes teneurs en composés phénoliques qui sont reconnus pour leurs bienfaits sur la santé buccodentaire. Cependant, la richesse en acides organiques du jus de canneberge lui confère une faible palatabilité et peut provoquer des effets secondaires indésirables. Le procédé d’électrodialyse avec membrane bipolaire (EDMB) permet le retrait sélectif des acides organiques du jus, et la production d’un jus pouvant être consommé sans dilution préalable. Ainsi, le projet de recherche visait à évaluer l’effet de la désacidification du jus de canneberge par EDMB sur les facteurs étiologiques des deux principales infections buccodentaires, soit la carie dentaire et la parodontite. À cet égard, les propriétés antibactériennes des jus brut et désacidifiés ont été évaluées vis-à-vis des colonisateurs primaires des tissus dentaires (Streptococcusgordonii, Streptococcus oralis, Streptococcus salivarius), des streptocoques cariogènes(Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus) et des bactéries parodontopathogènes clés(Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, Porphyromonasgingivalis). De même, l’impact de la désacidification du jus de canneberge sur les défenses de l’hôte (la barrière épithéliale gingivale et la réponse immunitaire) a été évalué dans des modèles in vitro. Les résultats de ces travaux ont montré que le retrait des acides organiques du jus de canneberge diminue ses propriétés bactéricides contre certaines espèces bactériennes à l’étude. Cependant, consommer un jus désacidifié plutôt qu’un jus brut dilué pourrait diminuer l’adhésion des bactéries aux tissus buccodentaires. D’autre part, la désacidification du jus a préservé l’intégrité de la barrière épithéliale gingivale comparativement au produit brut. Néanmoins, bien que les jus de canneberge non dilués aient démontré des propriétés anti-inflammatoires, ces dernières sont réduites suite à la désacidification du produit. Les résultats indiquent que la désacidification modérée du jus de canneberge par EDMB représente une stratégie prometteuse pour la production d’un jus favorisant le maintien d’une bonne santé buccodentaire.
The high content in phenolic compounds found in cranberry (Vaccinium macrocarpon) is associated with well-known beneficial effects on oral health. However, cranberry juice (CJ)is rich in organic acids, which are responsible for the low palatability of the product and cancause gastrointestinal discomfort. Electrodialysis with bipolar membrane (EDBM) is an ecoefficient process that can be used for the deacidification of CJ, thus removing the requirement to dilute the product prior to consumption. This study aimed to evaluate how the deacidification of CJ by EDBM impacts its effects against the etiological factors of dental caries and periodontitis. The antibacterial activities of the raw and deacidifed CJ samples were assessed on commensal streptococci (Streptococcus gordonii, Streptococcus oralis,Streptococcus salivarius), cariogenic streptococci (Streptococcus mutans, Streptococcussobrinus), and key periodontopathogenic bacteria (Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, Porphyromonas gingivalis). Moreover, the impact of CJdeacidification on the host oral defenses (oral epithelial barrier function and host inflammatory response) was investigated in in vitro models.It appears from the results that removing organic acids from the product reduced the bactericidal activities of CJ against some bacterial species included in the study, though its hould be noted that deacidified CJ had generally higher anti-adherence properties comparedto its raw diluted counterpart. On the other hand, deacidification of CJ helped preserve the integrity of the oral epithelial barrier compared to the raw beverage. However, even though all undiluted CJ samples exerted anti-inflammatory properties, exposition to deacidified CJappears to lower this property in an oral epithelial cell model. Overall, this work brought evidence that a moderate deacidification of CJ by EDBM could allow the production of cranberry juice that provides benefits with respect to the maintenance of oral health

Le présent travail vise à étudier le couplage de l’échange d’ions et de l’électrodialyse. Cette étude est appliquée à la séparation de biomolécules. Un des objectifs est de diminuer la génération d’effluents salins produits par les étapes d’échange d’ions utilisées de façon classique dans les bioséparations. Une première approche a conduit à la conception d’une architecture avec un mode de fonctionnement cyclique en 3 étapes qui permet de purifier certaines familles de peptides sans utiliser de tampon de pH ni générer d’effluents. Le dispositif expérimental est constitué d’une cellule d’électrodialyse dans laquelle sont introduites des résines échangeuses d’anions. Les trois étapes sont les suivantes : fixation des biomolécules sur la résine initialement sous forme carbonate, élution par une solution de dioxyde de carbone dissous dans l’eau, électrorégénération de la résine sous sa forme initiale, conduisant simultanément à la régénération de la solution d’acide carbonique. L’étape d’électrorégénération a été modélisée et les simulations permettent d’améliorer la compréhension des processus couplés mis en jeu comme les équilibres d’échange d’ions, les équilibres en solution, l’électromigration. Une deuxième approche a ensuite consisté à étudier les possibilités de contrôle du pH par voie électrochimique, afin de limiter l’utilisation de solutions tampons. La dissociation de l’eau, conduisant à la formation de protons et d’ions hydroxyles, a été plus particulièrement étudiée en mettant à profit les propriétés des contacts dits « bipolaires » sous l’effet d’un champ électrique. Il s’est alors avéré que les choix du type de résine et de la densité de courant permettent de jouer sur le pH Toutefois ce travail doit être poursuivi par la recherche d’architectures et de modes opératoires qui permettent d’obtenir un pouvoir tampon adéquat
The present work aims to study the coupling of ion exchange and electrodialysis. This study is applied to the separation of biomolecules. One objective is to reduce the generation of saline wastewater produced by the ion exchange steps used conventionally in bioseparations. One approach has led to the design of architecture with a cyclic mode in 3 steps to purify some families of peptides without using a buffer pH or generate wastes. The experimental device consists of an electrodialysis cell in which are introduced anion exchange resins. The three steps are: loading of biomolecules on the resin initially in the carbonate form, elution with a solution of carbon dioxide dissolved in water, electroregeneration of the resin in its original form leading simultaneously to the regeneration of the carbonic acid solution. Using a modelling of the electroregeneration step, simulations can improve the understanding of coupled processes as the ion exchange equilibria, the equilibria in solution, the electromigration. A second approach has then been to study the possibilities of controlling the pH by electrochemical means to limit the use of buffers. The dissociation of water, leading to the formation of protons and hydroxyl ions, has been particularly studied by accounting the properties of contacts called « bipolar » as a result of an electric field. It was established that the choice of resin type and the current density can modify the pH. However this work must be pursued through research of architectures and operating procedures that deliver appropriate buffer capacity

L'un des principaux freins au développement des piles à combustible de type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) est lié aux phénomènes de dégradation des performances qui les pénalisent encore en termes de durée de vie. L'étude de ces phénomènes au niveau des composants de l’AME est un thème abordé aujourd'hui par de nombreuses équipes de recherche, mais une étude à une échelle d’un stack est nécessaire pour mieux comprendre les mécanismes en jeu. En effet, dans un stack les conditions de fonctionnement ne sont pas homogènes comme dans les cellules de laboratoire, notamment au niveau thermique. Ceci est particulièrement exacerbé dans les piles pour application automobile, dont la compacité contraint fortement la conception du circuit de refroidissement. De plus, les exigences en termes de démarrage à froid sont à prendre en compte, avec notamment la limitation de l'inertie thermique de l'empilement ou l'apparition d'hétérogénéités plus fortes pendant les phases transitoires.Ce travail de thèse se propose d'étudier l'effet d'hétérogénéités de température sur la performance d'une pile en application automobile et sa dégradation. L'étude est menée dans différentes conditions de fonctionnement: fonctionnement nominal, cyclage thermique et cyclage NEDC (New European Driving Cycles).Cette étude comporte une partie expérimentale, centrée sur des essais de vieillissement en pile et un travail sur le diagnostic électrochimique global et local. Elle est complétée par des expertises post-mortem des assemblages membrane-électrodes et des plaques testées. En parallèle, un travail de modélisation est mené pour relier les constatations expérimentales à une description des phénomènes en présence. L'influence du design des canaux de réactifs et de caloporteur sur le fonctionnement des piles est étudiée. Enfin, l’effet de la gestion thermique sur la dégradation des performances et sur la détérioration des composants de la pile est étudié
One of the main challenges for Proton Exchange Membrane Fuel Cells development is the performance loss, which largely limits the durability. The study of the degradation phenomena of the different MEA components is a challenge addressed by many researchers, but a study at a stack scale is needed in order to better understand the ageing mechanisms. Indeed, in an industrial fuel cell the operating conditions are not homogeneous as for laboratory fuel cells, especially as regards thermal aspects. The heterogeneities are particularly emphasized for automotive fuel cells, because of the compactness constraint of the cooling circuit. Moreover, the requirements of cold start should be considered, as well as the inertial effects of the stacks and the increased heterogeneities during the driving cycles.In this work, the effects of the temperature heterogeneities and hot spots on the automotive fuel cell performances and degradations are investigated. The study is conducted in different conditions: nominal conditions, load/thermal cycling and New European Driving Cycles (NEDC).The work is composed of an experimental study, which consists of ageing tests on fuel cells and on-line diagnosis at both global and local scales. At the end of the tests, post-mortem analyses of the aged components are conducted. In parallel, a physic-based model is developed in order to predict the local temperature and humidity in the different components of the cell. Then, the impact of the reactive gases and cooling flow fields design on the thermal and water management of the cell is investigated. Finally, the experimental and modeling results are coupled in order to investigate the correlation between heat management, water management and degradations