Hydrogen as an energy carrier in buildings and maritime transport

Cette thèse propose un cadre intégré pour les systèmes énergétiques à base d’hydrogène, en associant des expériences, de la modélisation multi-échelle et des méthodes de prédiction par données. Elle commence par étudier le comportement thermo-cinétique du stockage par hydrure métallique LaNi₅ grâce à des essais de charge et de décharge réalisés avec un circuit hydrogène instrumenté, un refroidissement à eau et un suivi des débits et pressions avec LabVIEW. Une méthode hybride combinant modèles physiques et apprentissage automatique est ensuite utilisée pour simuler les températures internes, le débit d’hydrogène et le flux thermique, ce qui permet d’estimer rapidement et de façon fiable l’état de charge dans différentes conditions de refroidissement et de chauffage. Des simulations numériques sous COMSOL Multiphysics complètent l’étude, en analysant le transport de chaleur et de masse dans le lit d’hydrure, ainsi que l’influence de la géométrie, du rapport d’aspect et des conditions aux limites. À l’échelle du système, la thèse analyse le fonctionnement d’une unité micro-CHP résidentielle à pile à combustible PEM à partir d’expériences en laboratoire et d’un modèle validé qui prend en compte le couplage électro-thermique, les cycles d’eau chaude sanitaire et la régulation par courbe de chauffe. Ce modèle est ensuite élargi pour inclure le stockage par hydrures métalliques, ce qui permet de simuler sur une année la production, le stockage et la consommation d’hydrogène en tenant compte de données climatiques réelles et des besoins du bâtiment. Des méthodes d’optimisation sont utilisées pour étudier l’impact de la taille et du nombre de réservoirs sur l’autonomie énergétique et la couverture en hydrogène. Enfin, la thèse élargit l’analyse au domaine maritime en étudiant la propulsion des navires. Elle combine la géométrie du navire, la résistance hydrodynamique, les statistiques saisonnières de houle et les profils d’utilisation. Le dimensionnement de la pile à combustible et les besoins en stockage solide sont évalués sur un cycle d’exploitation pour mesurer l’impact du profil de mission sur la demande en hydrogène et le bilan thermique.