Caractérisation des mécanismes de dégradation d’un électrolyseur à membrane échangeuse d'anions à partir de données expérimentales

Ce stage se déroulera au sein du laboratoire de recherche FEMTO-ST au sein de l’équipe SHARPAC composée d'environ 80 d’enseignants-chercheurs. L’UTBM, fondée en 1999, est l’une des quatre Universités de Technologie françaises ; elle forme 3 000 étudiants et diplôme plus de 500 ingénieurs par an. Le stage se déroulera sur son site de Belfort.

Contexte : 

Les électrolyseurs AEM (« Anion Exchange Membrane ») constitue une solution prometteuse pour la production d’hydrogène vert. Leur performance et leur durabilité sont cependant affectées par des phénomènes de dégradation fortement dépendants de l’état d’écoulement biphasique (liquide–gaz) dans les canaux. Les variations de fraction gazeuse, l’accumulation de bulles, ou au contraire les zones de dessiccation peuvent provoquer des pertes de performance mesurables dans les données expérimentales. 

Le présent stage vise à analyser exclusivement des données de fonctionnement expérimentales recueillies sur un électrolyseur AEM, d’une entreprise partenaire, afin d’identifier, quantifier et comprendre les phénomènes de dégradation. 

Mots clés :  Électrolyseur, analyse de données, vieillissement, diagnostic 

Principales missions :

1. Traitement des données expérimentales : Assurer le prétraitement, la mise en qualité et la structuration des données (tension, courant, pression, débits, températures, humidité, mesures post-test) afin de constituer une base fiable et cohérente.
2. Analyse exploratoire avancée : Réaliser une analyse descriptive et statistique des signaux pour mettre en évidence les tendances, fluctuations et comportements transitoires (dérivées de tension, cycles de vieillissement, instabilités électrochimiques…).
3. Extraction d’indicateurs caractéristiques : Identifier et quantifier les signatures expérimentales liées aux phénomènes de dégradation (oscillations, micro-chutes de tension, pics, bulles, zones de séchage).
4. Détection automatique des régimes : Mettre en œuvre des méthodes de segmentation et de détection de ruptures pour distinguer les phases stables, instables ou anormales dans les séries temporelles.
5. Identification des mécanismes de dégradation : Analyser l’évolution des variables mesurées pour relier les signatures observées aux mécanismes probables (augmentation de résistance interne, limitations de transport, assèchement local…).
6. Analyse des corrélations opératoires : Étudier l’impact des conditions opératoires (débits, pressions, humidité, température, régimes diphasiques) sur l’intensité et la nature des phénomènes de vieillissement.
7. Définition d’indicateurs de santé : Proposer des indicateurs robustes permettant le suivi quantitatif de l’état de l’électrolyseur au cours du vieillissement.
8. Synthèse et recommandations : Produire une synthèse claire des résultats et formuler des recommandations pour améliorer la compréhension et la maîtrise des mécanismes de dégradation.

• Ce stage pourra évoluer vers une thèse CIFRE au sein de l’entreprise partenaire, selon la motivation et les résultats du candidat.

• Rigueur, méthode et esprit d’analyse
• Notions d’électrochimie (basique), de thermofluidique, d’électrotechnique

• Très bonnes aptitudes en analyse de données (Python ou MATLAB)

• Connaissance des séries temporelles (filtres, dérivées, FFT)

• Traitement et analyse de données expérimentales 
• Intérêt marqué pour la recherche et l’innovation technologique
• Capacité à travailler en équipe dans un environnement de recherche multidisciplinaire
• Curiosité et motivation pour explorer de nouvelles technologies