Simulation de paliers représentatifs du cycle

La répartition de la densité de courant simulée grâce au modèle pour chacun de ces paliers est représentée sur la Figure4.2. Les points 1 à 3 représentant des points de fonc-tionnement en conditions humidifiées, il est cohérent d’observer une diminution de la densité de courant depuis l’entrée air jusqu’à la sortie air. Les conditions asséchantes du point n°4 inversent cette répartition. De plus, la distribution de la densité de courant de-vient beaucoup plus hétérogène à fort courant, et l’effet des points chauds apparaît sur la cartographie.

L’humidité en entrée de cathode étant élevée, l’humidité relative locale simulée pour les trois premiers points atteint 100 % sur quasiment l’ensemble de la surface de l’AME.

Chapitre 4 - 4.2. Simulation du cycle de Zodiac Aerospace avec la géométrie serpentins

FIGURE4.2 – Simulation de la distribution de densité de courant pour les paliers représentatifs du cycle défini par Zodiac Aerospace, avec la géométrie en serpentins utilisée jusqu’à présent. De l’eau liquide est donc formée au sein de la pile à combustible durant la majeure par-tie du cycle. Ceci peut être dommageable pour la durée de vie car plusieurs mécanismes de dégradation sont amplifiés par la présence d’eau liquide (corrosion des plaques bipo-laires, dissolution du catalyseur, etc.). Il est alors pertinent de comparer les répartitions de l’eau liquide formée pour les quatre points sélectionnés. La Figure4.3permet de repré-senter ces répartitions simulées. Pour les points 1 à 3, les distributions montrent plusieurs ressemblances. Tout d’abord, la zone d’entrée de chaque gaz montre une absence d’eau liquide, car les gaz envoyés dans la pile ne sont pas humidifiés à 100 %. La production de vapeur d’eau par la réaction chimique s’ajoute à la vapeur contenue par les gaz entrants et contribue à provoquer le dépassement de la pression de vapeur de saturation. Les quan-tités d’eau formées augmentent avec le courant, comme le montre les cartographies 1 à 3 de la Figure 4.3. De plus, l’effet de la thermique sur les répartitions 1 à 3 est claire-ment visible. L’eau liquide apparait principaleclaire-ment en bas de pile, dans les zones les plus froides de la cellule. Le point chaud central provoque en revanche une diminution de la quantité d’eau liquide en rendant la condensation de la vapeur moins favorable. Pour la cartographie correspondant au palier n°4, l’eau liquide est quasiment inexistante du fait des conditions asséchantes imposées par le pic de puissance. Toutefois, de l’eau liquide persiste près de la sortie air. Cette zone est donc susceptible de subir des dégradations plus importantes que pour le reste de la cellule, avec une corrosion accrue des plaques bipolaires qui favorise la dégradation chimique de la membrane.

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FIGURE4.3 – Simulation de la distribution d’eau liquide dans la couche active cathodique pour les paliers représentatifs du cycle défini par Zodiac Aerospace, avec la géométrie en serpentins. gure4.4. Pour les trois premiers, dont la température en sortie de pile est fixée à 65 °C, trois points chauds sont observés et leur amplitude maximale est de 5 °C. A ce niveau de température, aucun impact de la thermique n’est observé sur la distribution de densité de courant (cf. Figure4.2). Pour le palier n°4, le point chaud au niveau de la zone centrale devient dominant et une température proche de 90 °C est atteinte. Cette dernière possède une influence sur la densité de courant.

La répartition du courant de perméation est fortement corrélée à la distribution de la fraction molaire d’hydrogène, en supposant que la perméation d’hydrogène ait un effet supérieur à celle de l’oxygène sur la dégradation de la membrane. La distribution simulée de la fraction molaire d’hydrogène est représentée sur la Figure4.5. Pour les paliers de 1 à 3, la fraction molaire du réactif se répartit essentiellement sur les bords droits et inférieurs. Ces zones ont donc plus de risques de subir une dégradation de la membrane. Pour le pa-lier n°4, la distribution est modifiée et la perméation d’hydrogène sera sans doute accrue au niveau de l’entrée air et de la sortie hydrogène. Ce dernier résultat rejoint les obser-vations effectuées à l’aide de la caméra thermique pour les deux essais de vieillissement dans des conditions similaires à celles du palier n°4 (cf. Figures3.12et3.26).

Ainsi, le modèle PS++ a été utilisé en statique pour simuler les conditions locales du cœur de pile durant les paliers les plus représentatifs du cycle envisagé par Zodiac Ae-rospace. Cela permet de donner des indications quant aux zones les plus favorables à la dégradation. Le modèle est ensuite exploité en dynamique afin de simuler le cycle de la Figure4.1pour estimer la durée de vie de la pile.

Chapitre 4 - 4.2. Simulation du cycle de Zodiac Aerospace avec la géométrie serpentins

FIGURE4.4 – Simulation de la distribution de température dans la couche active pour les paliers représentatifs du cycle défini par Zodiac Aerospace, avec la géométrie en serpentins.

FIGURE4.5 – Simulation de la la fraction molaire d’hydrogène dans la couche active anodique pour les paliers représentatifs du cycle défini par Zodiac Aerospace, avec la géométrie en

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