Pour le stockage de l'hydrogène : Analyse thermodynamique de la formation d'hydrures métalliques et optimisation du remplissage d'un réservoir.

This work deals with hydrogen storage in metal hydrides. Many ways can be used for hydrogen storage. In order to secure high pressurized vessels (700 bar), a layer of an intermetallic compound is added between an aluminum and a composite ones. The latter reinforces the structure while the former one is used as a natural barrier for hydrogen. In case of crack in the aluminum layer, the intermetallic compound acts as a getter material. This gives the thesis start point. First, the work has been focused on the modeling of Pressure Composition Isotherm equilibrium curves. A study of existing models has been developed. A new thermodynamic one takes into account the phase transformation and the thermic dependency. Second, kinetics has been studied. The attention is paid on one hand to the absorption in a single grain and on the other hand to the absorption in a granular bed. Finally, simulations have been conducted, based on the new thermodynamic model, absorption/desorption kinetics and heat and mass transfer. A parametric study has been performed to evaluate the influence of each parameter on the filing time.Les travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du stockage d'hydrogène dans des hydrures métalliques. Plusieurs voies de stockage d'hydrogène existent. Afin de sécuriser des réservoirs gazeux sous haute pression (700 bar), une couche de composé intermétallique est insérée entre l'enveloppe interne d'aluminium (barrière physique pour l'hydrogène) et la matrice composite (pour la tenue mécanique du réservoir). En cas fissure de la couche d'aluminium, le composé métallique agit comme une éponge à hydrogène. C'est ce constat qui a motivé ce travail de thèse. Dans un premier temps, les travaux portent sur les modélisations des courbes d'équilibre (Pression-Composition-Isotherme) d'absorption/désorption d'hydrogène dans des composés intermétalliques. Une étude approfondie des modèles existants y est développée. Un nouveau modèle thermodynamique prenant en compte la transformation de phase (solution solide + H2 ↔ hydrures) et la dépendance thermique, est proposé. Dans un second temps, les cinétiques d'absorption/désorption d'hydrogène sont étudiées. Plusieurs approches ont été adoptées. Une approche se situe au niveau d'un grain et décompose le mécanisme d'absorption/désorption depuis l'hydrogène gazeux jusqu'à la formation d'hydrures, en passant (entre autres) par les étapes de chimisorption et de diffusion. La deuxième approche se place au niveau d'un lit granulaire où les effets de transport d'hydrogène et de transfert thermique sont étudiés. Finalement, basées sur la nouvelle modélisation des courbes d'équilibre, sur l'étude des cinétiques d'absorption/désorption et sur les modes de transport d'hydrogène et de transfert thermiques, des simulations de remplissage de réservoirs sont conduites. Une étude paramétrique est alors entreprise pour déterminer l'influence de divers paramètres sur les temps de remplissage