Développement d'une stratégie de contrôle prédictif basée sur l'état hygrométrique pour le pilotage dynamique d'un électrolyseur AEM couplé aux énergies renouvelables

L’hydrogène vert, produit par électrolyse de l’eau, est le vecteur clé de la décarbonation industrielle. Parmi les technologies disponibles, l’électrolyse à membrane échangeuse d’anions (AEM) émerge comme une alternative de rupture, combinant l'absence de métaux nobles (contrairement au PEM) et une forte dynamique de réponse. Cependant, l’intégration de l’AEM dans des micro-réseaux alimentés par des énergies renouvelables intermittentes impose des variations de charge brutales. La littérature récente souligne que la gestion de l’eau est le paramètre le plus critique : la membrane doit rester saturée pour assurer la conductivité ionique, tandis que les couches catalytiques doivent éviter le "noyage" pour ne pas bloquer le transport de masse. Sous haute pression, ces phénomènes sont exacerbés par les changements d'équilibre thermodynamique et les risques de cross-over gazeux accrus.

Le passage de l'échelle laboratoire à l'échelle système haute pression se heurte à trois verrous technologiques majeurs :
- Le verrou de l'hydratation dynamique : Comment maintenir un état hygrométrique optimal lors des variations rapides de courant induites par le solaire ou l'éolien ?
- Le verrou de la pression : La compression interne des gaz modifie le point de rosée et la solubilité de l'eau, rendant les capteurs classiques moins précis et la réponse du système non-linéaire.
- Le verrou de la durabilité : Les cycles d'hydratation/déshydratation provoquent des contraintes mécaniques (gonflement/retrait) qui mènent à la délamination des électrodes. Il faut essayer de définir les limites de la vitesse de variation acceptables par le système pour préserver la durée de vie.

La thèse s'articulera autour du développement d'une architecture de Contrôle Prédictif :
- Modélisation Multiphasique : Développement d'un modèle mathématique (0D/1D) intégrant les transferts de masse (eau/gaz), la thermique et l'électrochimie de la cellule AEM.
- Conception de la stratégie MPC : Implémentation d'un algorithme capable d'anticiper les variations de l'état hygrométrique en fonction des prévisions de production des énergies renouvelables et de la consigne de pression.
- Optimisation multicritère : Recherche du meilleur compromis entre rendement énergétique (faible surtension) et maximisation de la durée de vie (stabilité hydrique).

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département ENERGIE

Le candidat ou la candidate devra être titulaire d’un Master (ou équivalent pour un stage) en automatique, génie électrique, énergétique, électrochimie ou discipline connexe. Avoir une formation solide en modélisation des systèmes dynamiques, simulation numérique et systèmes énergétiques. Un intérêt marqué pour les technologies de l’hydrogène et l’intégration des énergies renouvelables. Une sensibilité aux approches multiphysiques et aux problématiques de commande des systèmes complexes. Critères de sélection préférntiels Expérience préalable en programmation scientifique et en outils de simulation (par exemple MATLAB/Simulink, Python ou équivalents). Connaissances en commande avancée, notamment en commande prédictive (MPC), en optimisation ou en modélisation des systèmes énergétiques représenteront un avantage. Une première expérience en recherche, projet académique ou stage dans le domaine de l’hydrogène, de l’électrolyse ou des systèmes énergétiques sera également valorisée. Capacité à travailler dans un environnement interdisciplinaire et à communiquer efficacement en anglais scientifique.