Les piles à combustible sont des systèmes qui permettent de convertir directement de l'énergie chimique en énergie électrique. La structure physique d'une pile à combustible est composée d'une cathode et d'une anode poreuses séparées par un électrolyte dense. Les piles à combustible à oxydes solides (Solid Oxide Fuel Cell (SOFC))offrent une alternative intéressante pour la production d'énergie et une certaine polyvalence dans leur utilisation. Les recherches actuelles se focalisent sur l'abaissement de la température de fonctionnement de ce type de pile (500-700°C) pour augmenter leur durée de vie, diminuer les coûts de fabrication et les dégradations aux interfaces. Afin de compenser ces problèmes, la recherche tend vers des matériaux présentant de meilleures propriétés électrochimiques ou en modifiant la microstructure de la cathode pour améliorer le transfert de masse et le transfert de charge. La cathode est une couche très importante dans la pile SOFC car elle présente une résistance de la polarisation dont la réduction constitue un défi important à traiter. Dans une première partie de ce travail de thèse nous avons développé une méthode pour permettre d'améliorer les propriétés électrochimiques de cathodes de manganite de lanthane dopée au strontium (LSM). La seconde partie a été consacrée à l'élaboration et la caractérisation par spectroscopie d'impédance de demi-cellules symétriques de SOFC avec un matériau composite à base de LSM permettant d'améliorer les propriétés électrochimiques des électrodes à des températures comprises entre 600 °C - 700 °C. / Fuel cells are systems that convert chemical energy directly into electrical energy. The physical structure of a fuel cell is composed of a porous cathode and anode separated by a dense electrolyte. Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) offer an alternative for power generation and versability in their use. Current research focuses on lowering the operating temperature of this type of fuel cell (500-700°C) to increase their life, reduce manufacturing costs and damageto the interfaces. In order to compensate these problems, research tends towards materials with better electrochemical properties or by modifying the microstructure of the cathode to improve mass transfer and charge transfer. The cathode is a very important layer in the SOFC stack because it has a polarization resistance whose reduction is a major challenge to deal with. In a first part of this thesis work we have developed a method to improve the electochemical properties of strontium doped lanthanum manganite (LSM) cathodes. The second part was devoted to the elaboration and caracterization by impedance spectroscopy of SOFC symmetric half-cells with a LSM-based composite material allowing to improve the electochemical properties of electrodes at temperatures between 600-700 °C.

Cette étude porte sur la co-électrolyse de H2O et CO2 à 800°C dans une cellule à oxydessolides. Un modèle détaillé a été développé afin de rendre compte des phénomènesélectrochimiques, chimiques, thermiques et de transferts de matière, et introduisant unereprésentation macroscopique du mécanisme de co-électrolyse. Il permet d’estimer lesperformances et les compositions en sortie de cellule. Un protocole expérimental, visant àvalider les principales hypothèses de ce modèle, a été appliqué à deux types de cellulecommerciale à cathode support. À partir de courbes de polarisations, obtenues en électrolyseet en co-électrolyse, ainsi que d’analyses gaz, les densités de courant d’échange, illustrant lescinétiques électrochimiques, ont pu être estimées, et le mécanisme proposé a pu être validé.L’analyse des simulations a permis l’identification des processus limitant la co-électrolyse, laproposition de voies d’optimisation et l’établissement des cartographies de fonctionnement. / This work investigates the high temperature co-electrolysis of H2O and CO2 in Solid OxideCells. A detailed model was developed, encompassing electrochemical, chemical, thermal andmass transfer phenomena, and introducing a macroscopic representation of the co-electrolysismechanism. This model allows predicting the performances and outlet compositions in singlecell and stack environments. An experimental validation protocol was implemented on twotypes of commercial Cathode Supported Cells, ranging from polarization curves, obtained insingle and co-electrolysis modes, to micro gas analyses. These tests aimed both at determiningthe different exchange current densities, representative of the kinetics of electrochemicalreactions, and validating the simulated cell global behavior and mechanism proposed.Comprehensive analysis of the simulations led to the identification of limiting processes andpaths for optimization, as well as to the establishment of co-electrolysis operating maps.