UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE BELFORT

Thèse N° 254
UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE BELFORT-MONTBELIARD
Ecole Doctorale « Sciences Physiques Pour l’Ingénieur et
Microtechniques »
Laboratoire IRTES
AVIS DE SOUTENANCE
Monsieur Jérémie FONDARD
Soutiendra
le Vendredi 16 janvier 2015 à 10 h – Amphithéâtre M101 – MONTBELIARD
une thèse, en vue d'obtenir le DOCTORAT DELIVRE PAR L'UNIVERSITE
DE TECHNOLOGIE DE BELFORT-MONTBELIARD
EN MATERIAUX sur le sujet suivant :
"Elaboration et test d’une pile à combustible IT-SOFC à support métallique
poreux par l’intermédiaire de techniques de dépôt en voie sèche : projection
thermique et pulvérisation cathodique magnétron"
"Manufacturing of IntermediateTemperature - Solid Oxide Fuel Cell on porous
metal support by dry surface treatment processes : Atmospheric Plasma Spray
and Reactive magnetron sputtering"
Le Jury est composé de
Monsieur François GITZHOFER
Professeur des Universités
Université de Sherbrooke (Canada)
Rapporteur
Madame Elisabeth DJURADO
Professeur des Universités
Institut National Polytechnique de Grenoble
Madame Julie MOUGIN
Docteur
Commissariat à l’Energie Atomiques et aux
Energies Alternatives
Monsieur Pascal BRIOIS
Maître de Conférences HDR
Université de Technologie de BelfortMontbéliard
La soutenance est publique
Monsieur Gilles TAILLADES
Professeur des Universités
Université de Montpellier II
Rapporteur
Monsieur Fabrice MAUVY
Professeur des Universités
Université de Bordeaux
Madame Ghislaine BERTRAND
Professeur des Universités
Ecole Nationale Supérieure des Ingénieurs en
Arts Chimiques et Technologiques de
Toulouse
Elaboration et test d’une pile à combustible IT-SOFC à support métallique poreux par
l’intermédiaire de techniques de dépôt en voie sèche : projection thermique et
pulvérisation cathodique magnétron
L’un des enjeux relatif au déploiement des piles à combustible à oxyde solide comme système
de production d’une énergie propre relève de la température de fonctionnement qui est
actuellement autour de 1000°C. Abaisser cette température tout en préservant les
performances afin de réduire les coûts de fabrication et d’augmenter la durée de vie des
systèmes a été l’objectif dece travail de doctorat.
Un cœur de pile à combustible (anode-électrolyte-cathode) élaboré avec des procédés
physiques de dépôts (projection par plasma atmosphérique et pulvérisation cathodique
magnétron) a été développé et optimisé sur un support métallique poreux. Les matériaux
étudiés ont été un cermet en Nickel-Zircone stabilisée à l’Ytttrium (Ni-YSZ) pour l’anode, un
électrolyte en YSZ avec ou sans couche de cérine gadoliniée (GDC) et les nickelates de terres
rares comme cathode. La maitrise des procédés de revêtements a permis de réduire les
épaisseurs de chaque couche et d’assurer la cohésion de l’ensemble des 3 couches avec des
caractéristiques cristallographiques, microstructurales et de porosité adaptées. . Les
performances électrochimiques ont été étudiées pour chaque élément du cœur de pile puis
pour l’ensemble du système élaboré sur métal poreux. Même si les performances atteintes ne
sont pas encore suffisantes, les procédés de revêtements optimisés pour recouvrir un support
métallique poreux ont confirmé leur potentiel.
Mots clés : Pile à combustible, IT-SOFC, Films minces, Projection thermique, Pulvérisation
cathodique magnétron
Manufacturing of IntermediateTemperature - Solid Oxide Fuel Cellon porousmetal
support by dry surface treatmentprocesses : Atmospheric Plasma Spray and
Reactivemagnetronsputtering
Energy production by a clean and environmental processes is a real challenge. Fuel cell
technology is good candidate to answer this objective. The major problem of the Solid Oxide
Fuel Cell is their high operating temperature (around 1000°C) for a massive industrialisation.
Decreasing these temperature at 700°C allows a reduction of cost manufacturing and increase
the lifetime, in this case the new challenge is to avoid the performances losses.
During this phD work, dry surface treatment processes are employed for produce the fuel cell
core. The thickness reduction of each part limit the performances decreasing generate by the
modification of the temperature. The materials used is a Ni-Yttria stabilised zirconia cermet
(Ni-YSZ) for the anode, YSZ with or without gadolinnia doped ceria (GDC) for electrolyte
and rare earth nickelate for the cathode component. All material are a usual employed in the
SOFC technology. All coating are synthesized and characterised separately. After a third
generation of fuel cell is realized on ITM porous metal support produced by PLANSEE. The
anode has been deposit by atmospheric plasma spray, the electrolyte and cathode have been
synthesised by reactive magnetron sputtering.
Key words : Fuel Cell, IT-SOFC, Thin film, Thermal spraying, Reactive magnetron
sputtering