Isolation du vent de l'enceinte

Comme nous l’avons évoqué au I.3.2.3, lors de nos mesures en enceinte climatique, nous avons du utiliser une cloche de plexiglas pour isoler la µPEMFC du vent produit par l’enceinte. Il a donc fallu mettre en place un protocole expérimental établissant l’efficacité de ce dispositif. L'idée est de placer la µPEMFC, montée sur son bras de mesures, et équipée de son système d'isolement du vent, dans l'enceinte, ouverte et éteinte, et de mesurer sa réponse à une sollicitation électrique donnée, à température de pile fixée. Les conditions climatiques sont alors imposées par l'atmosphère. Au bout d'un certain temps, nous fermons et mettons en marche l'enceinte, en lui demandant d'imposer les mêmes conditions climatiques que l'atmosphère.

La réponse de la µPEMFC, si celle-ci est atteinte par le vent, sera rendue plus chaotique qu'elle ne l'était avant mise en route de l'enceinte. La bonne solution d'isolation du vent sera celle pour laquelle la réponse à la sollicitation électrique choisie, après mise en route de l'enceinte, restera lisse.

Le tout est de choisir la sollicitation électrique à imposer. Il faut que la réponse que nous mesurerons soit très sensible aux variations de pression imposées par le brassage d'air. Nous pourrions simplement imposer une tension fixe, et étudier les perturbations de la réponse en courant. Cependant, nous allons voir ci-dessous que cela n'est pas toujours suffisant.

Nous avons choisi d'imposer 400mV aux bornes de la µPEMFC, et d'enchaîner les SIE potentiostatiques autour de ce point, ayant pour but de nous donner l'évolution de Rélec, avec

une résolution temporelle maximale, afin d'être certains de ne pas "lisser" les chaos éventuels de la réponse. A cet effet, chaque SIE sera tracée d'une unique salve multisine 5 harmoniques (C.f. I.3.2.3), balayant une gamme de fréquences ciblée entre 31248Hz et 3472Hz, garantissant un croisement avec l'axe des réels du Nyquist, et donc une observation de Rélec.

La valeur de 400mV a été choisie car elle assure généralement, d'après notre expérience, un courant suffisant pour une bonne hydratation de la µPEMFC, tout en n'impliquant pas un contenu en eau liquide trop important (nous sommes loin d'une diffusion non linéaire et problématique de l'O2), qui pourrait, en emplissant les pores de la µPEMFC, gommer

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l'influence du vent sur celle-ci.

Regardons, dans un premier temps, les résultats obtenus dans le cas d'un dispositif très peu efficace. Il s'agissait de placer une plaque de mousse polyéthylène entre le bras de mesure, posé à même la paroi inférieure de la chambre climatique, et le ventilateur, situé en haut de celle-ci. Le but était de ne pas laisser le vent atteindre la µPEMFC, tout en permettant aux conditions climatiques instaurées par l'enceinte de se propager via la porosité du polyéthylène. Nous avons mis en place le dispositif, et effectué la mesure décrite au-dessus. La Figure II-16 montre le résultat obtenu.

Figure II-16 : Profil de réponse de IFC, et de Rélec à une tension imposée de 400mV

en enceinte ouverte et éteinte (avant "●"),

puis en enceinte fermée et en fonctionnement (après "●"). Dispositif "plaque mousse polyéthylène"

On voit ici nettement que la mise en marche de l'enceinte effondre complètement les performances de la µPEMFC, le vent ayant une action chaotique et asséchante sur celle-ci. Dans ce cas, l'action du souffle est nettement visible sur Rélec et sur IFC, et dans ces deux

mesures, on peut lire l'inefficacité complète du dispositif.

Prenons l'exemple d'un autre dispositif, consistant en une cheminée de plastique fin, ouverte à son sommet, cerclant le bloc chauffant accueillant la µPEMFC. Celle-ci aurait pu couper un vent latéral, tout en laissant l'atmosphère stabilisée de l'enceinte atteindre l'environnement de la cathode.

Figure II-17 : Profil de réponse de IFC, et de Rélec à une tension imposée de 400mV

en enceinte ouverte et éteinte (avant "●"),

puis en enceinte fermée et en fonctionnement (après "●") Dispositif "cheminée plastique"

0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 0.32 0 500 1000 1500 2000 t(s) IFC (A) 0.2 0.25 0.3 0.35 0 500 1000 1500 2000 t(s) Rél ec (O hm ) 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 0.32 0.34 0 500 1000 1500 2000 t(s) I FC (A ) 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0 500 1000 1500 2000 t(s) Rélec (O hm)

69 Ici, après fermeture et mise en marche de l'enceinte, on constate que le profil de IFC est

légèrement perturbé. Cependant une perturbation de si faible amplitude sur la réponse en courant pourrait être attribuable à tout autre chose que le vent de l'enceinte. Pour se convaincre que celui-ci a toujours une influence, il faut regarder le profil de Rélec. Après

fermeture de l'enceinte, celui-ci fait état de perturbations de bien plus grandes amplitudes, trahissant l'influence non négligeable du souffle sur l'état d'hydratation de la µPEMFC. Enfin, étudions les résultats que nous a permis d'obtenir notre dispositif final, la cloche cubique de plexiglas. Cette boîte n'a pas de fond, sa face supérieure est amovible, et elle doit laisser passer les tuyaux d'alimentation en H2, ainsi que le câblage électrique. Elle n'est donc pas parfaitement hermétique, ce qui pourrait poser problème du point de vue de l'isolation au vent. Regardons le résultat de notre test Figure II-18.

Figure II-18 : Profil de réponse de IFC, et de Rélec à une tension imposée de 400mV,

en enceinte ouverte et éteinte (avant "●"),

puis en enceinte fermée et en fonctionnement (après "●") Dispositif "cloche plexiglas"

Ici, nous constatons qu'après fermeture de l'enceinte, même si Rélec et IFC continuent à évoluer

après fermeture et mise en route de l'enceinte (temps de stabilisation insuffisants), leur réponse est lisse. En particulier, celle de Rélec, pourtant très sensible au vent. Nous en avons

déduit que notre dispositif était efficace. De plus, des tests nous ont par la suite montré que nous pouvions, grâce à ses imperfections, contrôler l'atmosphère sous la cloche, celle-ci rallongeant juste le temps de stabilisation des conditions.

En conclusion, nous voyons ici l'intérêt de croiser les méthodes de mesures, même hors du cadre d'une campagne de mesures destinée à la caractérisation et à la modélisation du composant.