3 Formalisation du cadre de travail

Avant de poursuivre plus en avant, nous synthétisons ici toutes les hypothèses introduites dans cette première partie. Nous en introduirons également de nouvelles, notamment pour borner le travail. Pour permettre cela, nous proposons de formaliser le cadre de tra- vail nécessaire au développement du PHM et plus particulièrement à celui du pronostic.

3.1 Performance d'une PEMFC et facteurs d'inuence

Pour mettre en ÷uvre le pronostic, et plus généralement le PHM, il est souvent utile d'avoir une bonne connaissance du système : ses conditions opératoires, son environ- nement et tous les autres facteurs qui inuencent son fonctionnement. Une tentative d'architecture de l'environnement du stack est proposé dans [133] et reproduite en Fi- gure18.

Cette architecture distingue les causes des défaillances venant du processus de fabrication de celles venant de l'utilisation du stack. Elle met aussi en avant trois facteurs aectés par la perte de performance : la stabilité, la puissance et la durée de vie. La division des

Figure 18  Architecture de l'environnement du stack proposée par [133]

modes de défaillance en trois types (thermique, chimique et électrochimiques) est discu- table. En eet, ce sont plutôt trois types de causes de défaillance. De plus le terme de mode n'est pas clairement déni. Parmi les trois facteurs aectés par la performance, la notion de stabilité pour un stack n'est pas claire. Nous proposons donc de reprendre cette architecture et de l'adapter à nos besoins avec des termes qui pourront être dénis pour la suite.

Une nouvelle formalisation du cadre de travail montrant les diérents facteurs environ- nementaux et les caractéristiques impactées est présentée en Figure19. L'objectif est de proposer un cadre de travail général pour les applications de PHM des PEMFC (partie haute), et de le réduire en fonction des hypothèses de l'étude ou des spécications des cas réels (partie du milieu pour les hypothèses de cette étude).

Quelle que soit l'utilisation du stack, les deux paramètres de sortie d'intérêt sont la puissance délivrée et la durée de vie. Ces paramètres peuvent varier positivement ou négativement en fonction de certaines causes. Dans le cas général, ces causes peuvent être divisées entre : (1) qualité, (2) maintenance, (3) opération et (4) surveillance. Concernant la qualité, sa dénition englobe les propriétés physiques des composants du stack, les défauts de fabrication ainsi que les caractéristiques de l'assemblage.

La partie maintenance intègre les maintenances corrective, préventive et prédictive (dans laquelle s'inclue le PHM). Comme aucune stratégie claire de maintenance corrective ou préventive n'existe au niveau du stack à l'heure actuelle [127], on suppose qu'elles peuvent contenir des reconstructions du stack, des corrections de pression de serrage ou encore le remplacement de cellules défectueuses. Même si ces types de maintenance ne sont pas encore systématiques, on peut imaginer qu'un déploiement à grande échelle des PEMFC pourrait changer cela.

La catégorie opération est dénie par trois points :

1. le prol de mission, qui est limité à la demande en courant et ne prend pas en compte d'éventuelles perturbations dues à des mesures ou à des re-calibrations,

Material 

Properties Defects Assembly

Mission  profile Controlled  operating  conditions Environment

Corrective  Predictive Disturbing No Effect

Quality Maintenance Operation Monitoring Mission  profile Controlled  operating  conditions

Predictive Disturbing No Effect

Maintenance Operation Monitoring

Power  Lifetime CA USE S  – G ENERAL  CASE STUDY HYPOTHESES CA USE S  –A D A P TE D  CASE EFFE C TS MAINTENANCE & DEGRADATION PATHWAYS Preventive 

Figure 19  Formalisation du cadre de travail pour le pronostic - des causes aux consé- quences

2. les conditions opératoires qui peuvent être régulées telles que la température, les humidités relatives, les st÷chiométries ou les pressions de réactifs entre autres, 3. les facteurs environnementaux qui ne peuvent pas être contrôlés comme la pollu-

tion de l'air, les vibrations ou la température extérieure.

La dernière cause de uctuations de puissance ou de durée de vie est la surveillance du système. Certaines mesures ont en eet un impact signicatif sur le stack. Pour cela deux groupes peuvent être distingués :

1. les mesures dérangeantes qui créent des perturbations dans le comportement du stack comme les courbes de polarisation, les EIS qui créent des phénomènes de récupération de puissance (ce sujet sera discuté dans la Partie II) ou la vol- tammétrie cyclique qui a besoin d'une modication de l'approvisionnement en gaz,

2. les mesures sans eet qui ne semblent pas avoir d'impact sur le stack comme les mesures de courant, de tension ou autres (températures, pressions, etc.).

Le lien entre les causes et les eets se fait par le biais des dégradations et de la mainte- nance. Il est important de mettre en avant ces deux chemins pour bien montrer que la puissance et la durée de vie peuvent être aussi bien impactée positivement que négati- vement.

Cette formalisation va nous permettre d'introduire de nouvelles hypothèses, comme illus- tré par la partie centrale de la Figure19 .

3.2 Nouvelles hypothèses

Tout d'abord, la qualité du stack peut inuencer sa performance [210]. Ici elle sera considérée comme parfaite. On suppose qu'il n'existe pas de défaut de fabrication ou de montage qui perturbe son comportement. La maintenance est limitée à la maintenance prédictive et plus particulièrement au pronostic. Et comme les données proviennent d'ex- périmentations menées en laboratoire dans un environnement contrôlé, l'inuence de l'environnement peut être ignorée. Cela implique aussi que le stack ne rencontrera pas de température en dessous de 0 ou, à l'opposé, très élevées.

Nous ajoutons également, que le stack n'est jamais arrêté puis redémarré. En eet, il a été prouvé que les procédures d'arrêt/démarrage créent de fortes dégradations dans le stack [128].