Les piles à combustible sont des dispositifs qui permettent de transformer directement l’énergie chimique potentielle d’un carburant en énergie électrique. Elle sont presque toujours couplées à un convertisseur de puissance et l’ensemble est ici appellé « système à pile à combustible ». Le comportement de ces systèmes, les interactions entre ses composants, ainsi que leurs réponses aux stimulations extérieures ont été analysés, étudiés et mesurés. A cet effet, un système à pile à combustible complet a été modélisé. Des critères de dimensionnement pour cas où ni la pile à combustible ni le convertisseur de puissance sont à priori connus ont été identifiés et un prototype a été dimensionné et réalisé. D’autres aspects corrélatifs intéressants ont également été développés et étudiés, comme le fonctionnement du convertisseur à la limite entre les modes de conduction continu et discontinu, ainsi que son contrôle à fréquence de commutation variable. Des résultats expérimentaux et de simulation pour le système et pour les différentes parties dont il est composé sont présentés. / Fuel cells are devices in which a fuel’s chemical potential energy is directly converted into electrical energy. They are almost always coupled to a power converter and the ensemble is here called “fuel cell system.” The behaviour of such systems, the interactions between their components,and their responses to external stimulations have been analysed, studied and measured. For this purpose, a complete fuel cell system has been modelled. Sizing criteria for cases where neither the fuel cell nor the power converter are a priori known have been identified, and a prototype has been sized and built. Other interesting correlative aspects have also been developed and studied, like the operation of the power converter on the border between the discontinuousand continuous conduction modes, and its control with a variable switching frequency. Experimental and simulation results for the system and for the different parts that compose it are presented. / Le celle a combustibile sono dei dispositivi in cui l’energia chimica potenziale di un combustibile è direttamente convertita in energia elettrica. Quasi sempre le celle a combustibile sono accoppiate a un convertitore di potenza e l’insieme è qui chiamato «sistema a celle a combustibile». Il comportamento di questi sistemi, le interazioni tra i diversi componenti, nonché le loro risposte a stimoli esterni sono stati analizzati, studiati e misurati.A tal fine, un sistema completo a celle a combustibile è stato modellizzato. Sono stati identificati dei criteri di dimensionamento per casi in cui né la cella a combustibile, né il convertitore sono noti a priori, e un prototipo è stato dimensionato e realizzato. Altri interessantiaspetti correlatisonostati sviluppatie studiati,comeil funzionamento del convertitore di potenza al limite fra modo di conduzione discontinuo e continuo, e il suo controllo a frequenza di commutazione variabile. Risultati sperimentali e di simulazione per il sistema e le diverse parti che lo compongono sono presentati.

Dans un contexte de raréfaction des ressources et de limitation des capacités d'adaptation de l'environnement, la minimisation des impacts environnementaux de l'activité humaine représente un des objectifs majeurs du développement durable. Proposer des dispositifs présentant de meilleures performances environnementales nécessite une démarche de conception spécifique intégrant des critères environnementaux crédibles. Il s'agit en effet d'agir dès la conception d'un produit (ou d'un service) afin de bénéficier du maximum de latitude pour minimiser ses impacts environnementaux. Cette démarche se nomme l'éco-conception. Rejoignant cette thématique, ces travaux ciblent des applications du domaine du Génie Electrique et plus particulièrement celui des convertisseurs électromagnétiques d'énergie. Ces composants présentent la particularité d'être fondamentalement, à l'usage, consommateurs d'énergie. Cet aspect implique un fort couplage entre le mode de fonctionnement du dispositif et son dimensionnement sur son cycle de vie. Ce travail de thèse aborde dans une première partie l'analyse sur cycle de vie ainsi que les principes fondamentaux de la démarche d'éco-conception. Les perspectives méthodologiques que ces considérations ouvrent dans le domaine plus spécifique du Génie Electrique sont ensuite décrites. Dans une seconde partie, trois cas d'étude en Génie Electrique de complexité croissante, font l'objet d'applications des principes d'éco-conception : un transformateur monophasé simplifié à alimentation fixe, une machine asynchrone monophasée à condensateur permanent réelle (produit commercial) et présentant des durées de fonctionnement très brèves, et enfin une machine asynchrone triphasée alimentée à fréquence variable. Les critères environnementaux retenus pour les optimisations sont l'énergie globale sur cycle de vie et les émissions de gaz à effet de serre. En effet, la prise en compte d'autres impacts environnementaux est identique du point de vue méthodologique. Lors de ces études, nous montrons qu'il est intéressant d'optimiser la conception de ces convertisseurs électromagnétiques sur cycle de vie, lorsque leur durée cumulée de fonctionnement est faible devant leur durée d'usage. Le niveau de puissance de fonctionnement des convertisseurs est aussi un paramètre ayant une action significative sur les résultats d'éco-conception. Le paramétrage des trois cas d'études fait par ailleurs l'objet de différentes analyses de sensibilité permettant de cerner plus précisément, sur les résultats d'optimisation, l'influence des coûts énergétiques élémentaires, des choix des matériaux constituant le dispositif, etc. Enfin, pour les convertisseurs d'énergie, nous introduisons la notion de rendement énergétique sur cycle de vie prenant en compte leur efficacité globale.