Soutenance de thèse - Lilian Rabillard

Soutenance de thèse - Lilian RabillardLilian RABILLARD, en vue de l’obtention du grade de Docteur en Sciences pour l’Ingénieur, spécialité « Énergétique – Thermique - Combustion », présentera ses travaux intitulés : " Prototypage d’un électrolyseur alcalin hydrodynamique : mise en place d’un banc de test des électrolyseurs et modélisation empirique de la production d’hydrogène" le 22 octobre à Lorient.

Résumé

Prototypage d’un électrolyseur alcalin hydrodynamique : mise en place d’un banc de test des électrolyseurs et modélisation empirique de la production d’hydrogène.

Les enjeux de sobriété énergétique et carbone passent par l’électrification et la digitalisation des usages. L’hydrogène produit par électrolyse est aujourd’hui la seule forme suffisamment pure pour alimenter efficacement les piles à combustible. Polyvalent, il peut être utilisé comme vecteur énergétique dans le transport, l’industrie ou le stockage d’énergie. Cette thèse se concentre sur l’électrolyse alcaline de l’eau, un procédé mature et robuste utilisant une solution de NaOH ou de KOH comme électrolyte. Cette technologie présente plusieurs atouts : coût réduit, indépendance vis-à-vis de matériaux critiques, bonne conductivité ionique, stabilité à long terme et compatibilité avec des catalyseurs économiques tels que le nickel ou le fer. Néanmoins, elle reste confrontée à des limites en matière d’efficacité énergétique, de durabilité des matériaux et de coûts de production. Les efforts actuels visent principalement à réduire la tension d’électrolyse et à augmenter la densité de courant. L’objectif de ce travail est double : d’une part, concevoir et tester à moindre coût une cellule unitaire optimisée en termes de design et de conditions opératoires, puis un stack complet de 5 kW ; d’autre part, explorer et quantifier la sensibilité des principaux paramètres opératoires (surface et géométrie des électrodes, tension, nature, concentration et débit d’électrolyte). Les performances sont évaluées à travers l’intensité d’électrolyse, le débit et la pureté de l’hydrogène produit, ainsi que les phénomènes de crossover. Ces résultats expérimentaux visent enfin à alimenter un modèle numérique de simulation et à orienter les futures pistes d’optimisation technologique et économique du procédé.

Mots clefs : hydrogen production, alkaline water electrolyzer, cell and stack performances

 

Abstract

Prototyping of a hydrodynamic alkaline electrolyzer: setting up a test bench for electrolyzers and empirical modeling of hydrogen production.

Energy and carbon sobriety challenges are increasingly addressed through electrification and the digitalization of energy uses. Hydrogen produced by electrolysis is currently the only form sufficiently pure to efficiently power fuel cells. It offers versatility as an energy carrier, with applications spanning transportation, industry, and energy storage. This thesis focuses on alkaline water electrolysis, a mature and reliable process using NaOH or KOH solutions as electrolytes. The technology presents several advantages: low cost, independence from critical raw materials, high ionic conductivity, long-term stability, and compatibility with inexpensive catalysts such as nickel and iron. However, it still faces challenges regarding energy efficiency, material durability, and production costs. Ongoing research efforts mainly aim at lowering the electrolysis voltage and increasing average current density. The objectives of this work are twofold: first, to design and test at low cost a unit cell optimized in terms of design and operating conditions, followed by a complete 5 kW stack; second, to explore and quantify the sensitivity of the main operating parameters (electrode surface and geometry, voltage, electrolyte nature, concentration, and flow rate). Performance is evaluated through electrolysis current, hydrogen flow rate and purity, as well as gas crossover phenomena. The experimental results will finally be used to feed a numerical simulation model and guide future technological and economic optimizations of the process.

Key words: hydrogen production, alkaline water electrolyzer, cell and stack performances

 

Membres du jury

  • Pr Rolf WÜTHRICH, rapporteur, Professeur des Universités, Concordia Université, Québec, Canada
  • Pr Mathieu SELLIER, rapporteur, Professeur des Universités, Université de Canterbury, Nouvelle-Zélande
  • Pr Philippe MANDIN, directeur de thèse, Professeur des Universités, Université Bretagne Sud, IRDL CNRS UMR 6027
  • Pr Hervé ROUSTAN, membre du jury, Directeur de Recherche, Rio Tinto Alcan
  • Dr Caroline BONNET, membre du jury, Maître de Conférences, Université de Lorraine, LRGP UMR CNRS 7274
  • Pr François LAPICQUE, membre du jury, Directeur de Recherche CNRS, Université de Lorraine, LRGP UMR CNRS 7274

 

Membre du jury invité

  • M. Yann LEHARET, Project and Design Office Manager, KOHLER

 

Les travaux sont dirigés par Philippe Mandin

École doctorale SPI. bzh N°647

Informations pratiques

Mercredi 22 octobre à 13h

Amphithéâtre 1 - Bâtiment HSE

IUT de Lorient

Lorient

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Crédit photographique : ©Université Bretagne Sud. Service Communication