Modélisation et contrôle d'un générateur électrique embarquable à haut rendement basé sur la suralimentation d'une pile à combustible hydrogène à oxyde solide (SOFC) // Modelling and control of a high-efficiency on-board electric generator based on the tu

Les piles à combustible permettent de produire simplement de l'électricité. Elles sont donc concurrentes aux groupes électrogènes classique à moteur Diesel tout en produisant de l'énergie décarbonée puisqu'elles fonctionnent nativement à l'hydrogène. Deux types de piles peuvent être utilisés : les PEM, fonctionnant à basse température, et les SOFC qui elles fonctionnent à haute température. Ces dernières n'utilisent pas de métaux précieux (platine) et rendent possible la valorisation de la chaleur fatale grâce aux hautes températures. Elles sont donc intéressantes mais leurs technologies est moins mature.
Pour améliorer la compétitivité de cette technologie, il est nécessaire de pressuriser les piles. Pour cela, il faut développer des membranes interne plus résistantes (les membranes étant le cœur des piles). Ce sont elles qui permettent la production d'énergie électrique pendant la réaction H2+½ O2 —> H2O). La pressurisation des piles rend aussi plus facile et efficace la valorisation de la chaleur fatale.
Cette thèse s'intègre dans le projet régional TurboSOFC labélisé par SmartPower en collaboration avec la société SRT microcéramique et dans la continuité de la thèse de Marin Poujol. Le projet de recherche TurboSOFC porte d'abord sur le développement de membranes adaptées au fonctionnement sous pression et apte à fournir des piles pouvant être intégrer à des systèmes récupérateurs de la chaleur fatale de type Joule-Brayton. Le contrôle optimal de l'installation complète (pile + machine récupératrice) sera aussi traité.
Cette thèse s'intéresse donc à ce nouveau système, à travers ces principales étapes :
- Développement de la membrane (collaboration SRT)
- Réalisation du banc d'essais membrane (collaboration SRT)
- Modélisation à excellent compromis fidélité/rapidité : SOFC pressurisée, machines récupératrices basé sur le cycle de Joule Brayton, machines électriques, batterie, charge.
- Comparaison du modèle avec des résultats sur banc d'essai.
- Compréhension physique des phénomènes mis en jeu, notamment sur la dynamique temporelle
- Contrôle du système complet dans le but de maximiser l'efficacité énergétique sous contrainte de fiabilité, de cout et d'autres critères à préciser
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Fuel cells make it possible to produce electricity simply. They are therefore in competition with conventional diesel generator sets while producing carbon-free energy since they run natively on hydrogen. Two types of batteries can be used: PEMs, which operate at low temperatures, and SOFCs, which operate at high temperatures. The latter do not use precious metals (platinum) and make it possible to recover waste heat thanks to high temperatures. They are therefore interesting but their technologies are less mature.
To improve the competitiveness of this technology, it is necessary to pressurize the fuel cell. To do this, it is necessary to develop stronger inner membranes (the membranes being the heart of the fuel cell). They are the ones that allow the production of electrical energy during the H2+1/2 O2 —> H2O reaction. The pressurization of the fuel cell also makes it easier and more efficient to recover waste heat.
This thesis is part of the regional TurboSOFC project labeled by SmartPower in collaboration with the company SRT microcéramique and in the continuity of Marin Poujol's thesis. The TurboSOFC research project focuses on the development of membranes adapted to operation under pressure and capable of providing fuel cells that can be integrated into Joule-Brayton-type waste heat recovery systems. The optimal control of the complete plant (Stack + Waste Heat Recovery System) will also be covered.
This thesis is therefore interested in this new system, through these main steps:
1. Membrane development (SRT collaboration)
2. Construction of the membrane test bench (SRT collaboration)
3. Modeling with excellent fidelity/speed compromise: pressurized SOFC, recuperative machines based on the Joule Brayton cycle, electrical machines, battery, charging.
4. Comparison of the model with results on the test bench.
5. Physical understanding of the phenomena involved, particularly on the system dynamics
6. Control of the complete system with the aim of maximizing energy efficiency under the constraints of reliability, cost and other criteria to be specified
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

Université d'Orléans

552 Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU

Ingénieur grande école et/ou master 2 en énergétique et/ou automatique Connaissances en énergétique (thermodynamique, transferts de chaleur, électrochimie) et/ou en mathématiques appliquées (automatique, contrôle, optimisation). Une expérience en modélisation serait appréciée, ainsi qu'un intérêt certain pour l'expérimentation (mise au point de banc d'essais, instrumentation, conduite des essais).
Engineering degree and/or Master's 2 in energetics and/or automation Knowledge of energetics (thermodynamics, heat transfer, electrochemistry) and/or applied mathematics (automatic control, optimization). Experience in modelling would be appreciated, as would a keen interest in experimentation (development of test benches, instrumentation, conducting tests).