Développement et caractérisation de nouveaux nanocomposites polymères électriquement conductueurs pour plaques bipolaires de piles à combustible à membrane échangeuse de protons, PEMFC

Face à la diminution des ressources énergétiques et à l’augmentation de la pollution des énergies fossiles, de très nombreuses recherches sont actuellement menées pour produire de l’énergie propre et durable et pour réduire l’utilisation des sources d’énergies fossiles caractérisées par leur production intrinsèque des gaz à effet de serre. La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est une technologie qui prend de plus en plus d’ampleur pour produire l’énergie qui s’inscrit dans un contexte de développement durable. La PEMFC est un dispositif électrochimique qui fonctionne selon le principe inverse de l’électrolyse de l’eau. Elle convertit l’énergie de la réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène (ou l’air) en puissance électrique, chaleur et eau; son seul rejet dans l’atmosphère est de la vapeur d’eau. Une pile de type PEMFC est constituée d’un empilement Électrode-Membrane-Électrode (EME) où la membrane consiste en un électrolyte polymère solide séparant les deux électrodes (l’anode et la cathode). Cet ensemble est intégré entre deux plaques bipolaires (BP) qui permettent de collecter le courant électrique et de distribuer les gaz grâce à des chemins de circulation gravés sur chacune de ses deux faces. La plupart des recherches focalisent sur la PEMFC afin d’améliorer ses performances électriques et sa durabilité et aussi de réduire son coût de production. Ces recherches portent sur le développement et la caractérisation des divers éléments de ce type de pile; y compris les éléments les plus coûteux et les plus massifs, tels que les plaques bipolaires. La conception de ces plaques doit tenir compte de plusieurs paramètres : elles doivent posséder une bonne perméabilité aux gaz et doivent combiner les propriétés de résistance mécanique, de stabilité chimique et thermique ainsi qu’une conductivité électrique élevée. Elles doivent aussi permettre d’évacuer adéquatement la chaleur générée dans le cœur de la cellule. Les plaques bipolaires métalliques sont pénalisées par leur faible résistance à la corrosion et celles en graphite sont fragiles et leur coût de fabrication est élevé (dû aux phases d’usinage des canaux de cheminement des gaz). C’est pourquoi de nombreuses recherches sont orientées vers le développement d’un nouveau concept de plaques bipolaires. La voie la plus prometteuse est de remplacer les matériaux métalliques et le graphite par des composites à matrice polymère. Les plaques bipolaires composites apparaissent attrayantes en raison de leur facilité de mise en œuvre et leur faible coût de production mais nécessitent une amélioration de leurs propriétés électriques et mécaniques, d’où l’objectif principal de cette thèse dans laquelle on propose: i) un matériau nanocomposite développé par extrusion bi-vis qui est à base de polymères chargés d’additifs solides conducteurs, incluant des nanotubes de carbone. ii) fabriquer un prototype de plaque bipolaire à partir de ces matériaux en utilisant le procédé de compression à chaud avec un refroidissement contrôlé. Dans ce projet, deux polymères thermoplastiques ont été utilisés, le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyéthylène téréphtalate (PET). Les charges électriquement conductrices sélectionnées sont: le noir de carbone, le graphite et les nanotubes de carbones. La combinaison de ces charges conductrices a été aussi étudiée visant à obtenir des formulations optimisées. La conductivité électrique à travers l’épaisseur des échantillons développés ainsi que leurs propriétés mécaniques ont été soigneusement caractérisées. Les résultats ont montré que non seulement la combinaison entre les charges conductrices influence les propriétés électriques et mécaniques des prototypes développés, mais aussi la distribution de ces charges (qui de son côté dépend de leur nature, leur taille et leurs propriétés de surface), avait aidé à améliorer les propriétés visées. Il a été observé que le traitement de surface des nanotubes de carbone avait aidé à l’amélioration de la conductivité électrique et la résistance mécanique des prototypes. Le taux de cristallinité généré durant le procédé de moulage par compression des prototypes de plaques bipolaires ainsi que la cinétique de cristallisation jouent un rôle important pour l’optimisation des propriétés électriques et mécaniques visées.

Caractérisation du pergélisol : application d’une nouvelle méthode afin d’estimer la conductivité thermique à l’aide de la tomodensitométrie

La construction dans l’Arctique nécessite une connaissance précise des propriétés thermiques et géotechniques du pergélisol. La connaissance de ces propriétés est également nécessaire pour le paramétrage des modèles de transfert de chaleur. Des études antérieures ont démontré le grand potentiel de l’utilisation de la tomodensitométrie pour les mesures du volume des composantes du pergélisol et la visualisation de la cryostructure. Une nouvelle approche est proposée pour mesurer la conductivité thermique du pergélisol. Les objectifs généraux de ce projet sont (1) d’élaborer une nouvelle méthode de caractérisation du pergélisol à l’aide de la tomodensitométrie et de modèle éprouvés et (2) de comparer et mettre au point une méthode novatrice pour mesurer la conductivité thermique et des paramètres géotechniques. Les résultats démontrent que les tests effectués à l’aide de la tomodensitométrie donnent des résultats d’une valeur scientifique comparable aux autres méthodes existantes de mesure de déjà existantes de conductivité thermique du pergélisol.

Impact de trois interventions: méthode mère kangourou, massage en incubateur et massage en position kangourou sur la croissance et le développement des enfants prématurés nés à moins de 33 semaines d’âge gestationnel

Cette recherche vise à étudier l’impact d’interventions réalisées par les parents dans l’unité néonatale de soins intensifs. Plus spécifiquement, le premier objectif est de documenter les effets différentiels de la Méthode Mère Kangourou « MMK » accompagnée ou non du Massage en incubateur «MI » ou du Massage en Position Kangourou « MPK » et des Soins Traditionnels «ST » accompagnés ou non du massage dans l’incubateur sur la croissance physique mesurée par le poids, la taille et le périmètre crânien pendant une période de 5 et 15 jours dans l’unité néonatale et l’impact à 40 semaines d’âge gestationnel. Le second objectif est de comparer, chez des enfants qui bénéficient de la « MMK » la valeur ajoutée du « MPK » ou du «MI » sur le neuro-développement à 6 et 12 mois d’âge corrigé de l’enfant. Un échantillon total de 198 enfants et leur famille a été recruté de la façon suivante dans trois hôpitaux de Bogota. Dans chaque hôpital, 66 sujets ont été répartis aléatoirement à deux conditions. Ces hôpitaux ont été choisis afin de tester les effets de diverses conditions expérimentales et de diminuer les bais de sélection. Dans chaque hôpital, deux techniques ont été assignées aléatoirement. Il s’agit, dans le premier, de la « MMK & MPK » vs « MMK & MI ». Dans le second, « MMK sans massage » vs « MMK & MI ». Dans le troisième, « MI » a été comparé aux « ST » ce qui implique une absence de contact physique continu des bébés avec leurs parents. Les résultats rapportés dans le premier article sont à l’effet que, dans le premier hôpital, il y a un effet compensatoire de l’intervention « MMK & MPK » sur la perte physiologique du poids de l’enfant prématuré dans les 15 premiers jours de vie avec un impact sur le poids à 40 semaines d’âge gestationnel, sur la durée du portage kangourou et sur la durée d’hospitalisation totale. Aucun effet sur le périmètre crânien ou la taille n’est apparu. Dans le deuxième hôpital, aucune différence significative n’est rapportée pour le poids sauf quand l’intervention est commencée après le 10ième jours de vie alors que l’enfant « MPK» semble grossir mieux que le «MMK avec MI». Finalement, dans le troisième hôpital il n’y a aucun effet du massage sur les variables anthropométriques, le groupe avec MI grossissant moins vite avec un léger impact sur le poids à 40 semaines. Cela pourrait être dû à la perte de chaleur due à l’ouverture de l’incubateur quand l’enfant est très immature. Dans le second article, les 66 enfants de l’hôpital sont répartis aléatoirement dans le groupe « MMK & MPK» vs le groupe « MMK & MI», ont complété, à 6 et 12 mois d’âge corrigé, un test de neuro-développement, le Griffiths. Les résultats à 6 mois ne montrent aucune différence entre les 2 interventions, mais a 12 mois le IQ semble dépendant du nombre de jours d’hospitalisation de l’enfant, cette durée d’hospitalisation correspond au temps que met l’enfant à se stabiliser physiquement et correspond également au temps que mettent la mère et l’enfant à s’adapter à la méthode kangourou. Une fois, l’adaptation kangourou réussie, la dyade mère enfant sort avec l’enfant toujours en position kangourou. Le temps d’hospitalisation correspond au temps que met l’enfant à être éligible à l’apprentissage de la MMK par la mère. À 12 mois les deux groupes montrent des résultats équivalents, mais des différences positives sont apparues pour le groupe « MMK & MPK» dans les sous échelle Coordination Oculo Manuelle et Audition et Langage du test Griffiths. Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que la pratique des deux interventions non traditionnelles peut contribuer à une meilleure croissance physique dans nos cohortes. Le gain de poids du bébé, notamment, est affecté par l’intervention MPK (Hôpital 1) ou sans l’ajout du Massage (Hôpital 2). Par ailleurs, le massage en incubateur n’a pas de différence significative en comparaison aux soins traditionnels, ces interventions ont toutefois un impact mineur (tendances) sur le neuro développement à 6 et 12 mois d’âge corrigé dans cette étude.