Giuseppe Sdanghi soutient le 6 novembre 2019 sa thèse financée dans le cadre de l'IMPACT ULHyS de Lorraine Université d'Excellence "Développement d’un compresseur hybride d’hydrogène : électrochimique à basse pression/ adsorption à haute pression" sous la direction de Vanessa Fierro (IJL).
Pouvez-vous nous expliquer la particularité de votre compresseur à hydrogène et ses utilisations possibles ?
La preuve de concept d’un compresseur non-mécanique d’hydrogène a été réalisée dans le cadre de ce travail de thèse. Le système étudié est hybride puisqu’il est constitué de (i) une première étape de compression électrochimique, qui comprime l’hydrogène de 1 bar jusqu’à 40-80 bar et ; (ii) une deuxième étape de compression par adsorption-désorption qui complète la compression jusqu’à 700 bar. Des modèles numériques ont été développés pour vérifier la faisabilité d’un tel système, et leur validité a été prouvée par les données expérimentales obtenues avec les prototypes réalisés pour chacune des deux étapes de compression.
Concernant l’étape de compression électrochimique, un profil de densité de courant le long du compresseur électrochimique a été observé à l’aide d’une cellule segmentée, et le modèle pseudo-2D développé a permis de prouver que la stabilité de la densité de courant dépend fortement de la teneur locale en eau de la membrane. En effet, il a été observé une diminution de la densité de courant de 0.75 à 0.65 A/cm2 entre l’entrée et la sortie du compartiment basse pression. Cette variation correspond à une diminution du taux d’humidité dans le flux d’hydrogène, de 90 à 55%, le long des canaux de distribution des réactifs côté anodique (à 0.66 A/cm2 x 0.36 V et à 333 K).
Concernant l’étape de compression par adsorption-désorption, le modèle modifié de Dubinin-Astakhov (MDA) a été mis en œuvre pour décrire l’adsorption d’hydrogène sur des charbons actifs en fonction des conditions de température et de pression. Cette loi, associée aux bilans de masse et d’énergie ont permis d’étudier la faisabilité d’un tel compresseur. Les résultats de modélisation ont été validés par comparaison avec des données expérimentales obtenues grâce à un prototype de 0.5 L, conçu et construit pour ce travail de thèse, et contenant 0.135 kg de charbon actif MSC-30 (Kansai, Japon). Lorsque le réservoir est rempli d’hydrogène à 80 bar et 77K, son réchauffement jusqu’ à 315 K permet d’obtenir des débits de 30 NL/h à 700 bar.
Le compresseur hybride proposé pourrait être une alternative valable aux compresseurs mécaniques placés dans des installations décentralisées telles que les stations-service d’hydrogène de faible ou moyenne capacité.
Votre thèse a-t-elle été impactée par les autres travaux de recherche menés sur l'Hydrogène dans l'IMPACT ULHyS (acceptabilité, transports, réseaux intelligents) ?
Mon travail de thèse n'a pas été affecté par les travaux des autres doctorants ULHyS, du moins pas de manière directe. De fait, pendant ces trois ans de thèse il y a eu des différentes occasions où tous les doctorants ULHyS ont pu se rencontrer, par exemple lors des réunions LUE, de la Fête de la Science, des séminaires organisés par le projet ULHyS ainsi que lors des réunion du projet HySchool. Cela nous a donné la possibilité de faire le point sur nos travaux, et d'en trouver les points en commun, vu le caractère de pluridisciplinarités du projet. On a donc pu voir comment mon travail de recherche, menant sur la compression non mécanique de l'hydrogène, est lié à la thématique de l'acceptation de l'hydrogène dans la société (thèse de Antoine Martin), ou aux réseaux intelligents (thèses de Jean Baptiste Wiart et Sif Eddine Benahled), ou aux matériaux alternatifs (thèse de Lilian Moumaneix).
Maintenant que votre thèse est finie, pouvez vous nous donner votre ressenti sur la fin de cette période et vos projets pour la suite ?
Je suis très content de mon parcours de thèse, des résultats que j'ai obtenu ainsi que de l'environnement professionnel de haut niveau où j'ai pu travailler en manière efficace. Cela a été possible surtout grâce à mes deux directeurs de thèse, Mme Vanessa Fierro (IJL) et M. Gaël Maranzana (LEMTA), qui m'ont transmis toutes leurs connaissances, m'ont suivi constamment et ont fait toujours confiance en moi. Travailler avec eux c'était à la fois une honneur et un plaisir. Ma passion pour les systèmes énergétiques alternatifs, surtout basés sur l'hydrogène, a été renforcée énormément pendant ces trois ans, et c'est pour cela que dans l'avenir je continuerai à travailler sur ces thématiques, pour augmenter et améliorer mes connaissances scientifiques sur cela. J'ai été très honoré d'avoir fait partie du projet ULHyS et de l'Université de Lorraine, j’amènerai toujours avec moi des très bons souvenirs de ces trois dernières années. Pour la suite, je ferai un post-doc ailleurs, dans des labos externes à l'UL. Mon projet professionnel est de devenir un enseignant chercheur dans le domaine des systèmes énergétiques alternatifs.
Pour en savoir plus sur le compresseur et l'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie vous pouvez consulter cet article factuel.
