En esta tesis se describen los procedimientos experimentales realizados para la instalación y puesta en funcionamiento de una celda de hidrógeno adquirida por la Facultad Regional Bahía Blanca de la U.T.N.. Se determina la eficiencia energé-tica de la celda, aplicando varios métodos y se estudian los materiales que se utilizan para la fabricación de los electrodos. En primer término, se describe el funcionamiento básico de una celda de combustible, los tipos de celdas, las principales aplicaciones y se realiza una revisión de su desarrollo tecnoló-gico; posteriormente se detallan los diseños y materiales utili-zados en la fabricación de celdas de combustible que emplean membrana polimérica para el intercambio de protones como electrolito (PEMFC), como así también se analizan parámetros críticos de su funcionamiento como ser el manejo de agua, re-frigeración y presión de trabajo. Además se describen espe-cialmente los materiales que se utilizan para la construcción de los electrodos de las celdas, tanto en diseños conven-cionales como en diseños innovadores y su influencia en el rendimiento de las celdas. Posteriormente se realiza una descripción del combustible que utiliza la celda en cuanto a sus características sobresalientes, sus formas de obtención y de almacenamiento, como así también el manejo seguro para su utilización en el Laboratorio. En la parte final se detallan los procedimientos experimentales realizados para: Instalación de la celda en el Laboratorio. Instalación para el suministro de hidrógeno gaseoso comprimido. Conexión y configuración de los equipos para el acondi-cionamiento de la potencia de salida de la celda. Puesta en marcha y operación de la celda. Empleo del software de comunicaciones. Determinación de la eficiencia energética para distintos estados de carga. Evaluación de la cantidad de agua producida por la celda. Análisis y ejecución de los mantenimientos del sistema. Instalación de un sistema de seguridad de monitoreo y alarma. / The experimental procedures performed for the installation and operation of an hydrogen cell acquired by F.R.B.B. U.T.N. is presented in this thesis. The energy efficiency is determined applying several methods while materials used for the manu-facture of electrodes are studied. In the first sections the basic operation of a fuel cell, the cell types and the main applications are described. A review of its technological development is also included. The design and materials used in the manufacture of fuel cells that uses polymeric membrane for proton exchange as electrolyte (PEMFC) and the critical operating parameters such as water management, cooling and working pressure are also analyzed. The materials used for constructing the electrodes of the cell, both in conventional designs as in innovate designs are described. Their influence on the performance of the cells is also examined. The outs-tanding features of the fuel used in the cell, their ways of production and storage, as well as safe handling in the labo-ratory are also analyzed. In the final section the following experimental procedures are detailed: Installation of the cell in the laboratory. Installation for supplying compressed gaseous hydrogen. Connection and configuration of equipment for conditioning the output power. Startup and operation of the cell. Using of communications software. Determination of efficiency for various load states. Evaluating the amount of water produced. Analysis and execution of maintenance of the cell. Installation of a monitoring and alarm system.

Ce mémoire présente un système de stockage de la puissance électrique à partir de piles à bactéries basé sur une approche à deux cycles pour alimenter deux capteurs intégrés : un capteur pH portatif à ultra-basse consommation électrique et un capteur de son. Deux cycles chargent et déchargent entre 1 à 7 piles à bactéries pour charger une super capacité. Cela permet au système de produire une puissance constante de 0.14 mW à une charge et une fréquence de 100 kΩ et 10 Hz respectivement. Ce système ne demande aucune énergie externe pour être alimenté. Effectivement, un module de démarrage a été intégré afin de permettre au système entier de démarrer après que les biopiles chargent la super capacité pendant trois jours. Le capteur de pH conçu présente des erreurs de mesure inférieures à 5% à 25⁰C et peut fonctionner continuellement lorsqu'il est alimenté par le système de stockage de puissance électrique conçu. Nous avons également utilisé ce système pour alimenter un capteur de son. / This thesis presents a Bacteria Energy Recovery System (BERS) based on a two cycle approach to power two embedded sensors : an ultra-low electrical power consumption portable pH meter and a sound sensor. The two cycle charge and discharge between 1 to 7 Microbial Fuel Cell (MFC) to charge a super capacitor. This allows the BERS to provide a constant 0.14 mW at a load and frequency of 100 kΩ and 10 Hz respectively. The BERS system requieres no outside energy to be powered on. Indeed a start up module has been integrated allowing the whole system to turn on after the MFCs charges the super capacitor for three days. The powered pH sensor has an error below 5% at 25⁰C and can function continously while being powered by the BERS. We also used the BERS to power a sound sensor.

Une pile microbienne (MFC) est un type de système bioélectrochimique (BES) dans lequel l'oxydation d'un large éventail de molécules organiques produit un courant électrique utilisable à travers un circuit externe. En tant que tel, ces biofilms respirant les anodes (BRA) ont établi les MFC comme une technologie d’énergie propre de nouvelle génération prometteuse, car ils peuvent produire de l’électricité tout en atteignant simultanément une biorestauration. Les MFC offrent également des solutions durables pour les systèmes d'alimentation distribués et le traitement des eaux usées pouvant être exploités localement àla source de la génération de celles-ci, telles que les maisons et les sites industriels, afin de réduire la dépendance aux installations centralisées. Les MFC ont même fait leurs preuves en tant que sources d'alimentation pour les dispositifs implantés autonomes et la détection à distance. Ce travail vise à améliorer l'efficacité des MFC en se concentrant sur les considérations à l'échelle microscopique. Les progrès techniques dans les électrodes microstructurées et la conception de MFC microfluidique sont démontrés. Ces développements ouvrent des possibilités d'optimisation et de recherche fondamentale sur les MFC et la technologie BES associée. Plus précisément, ces travaux démontrent des améliorations basées sur la structure et les matériaux des électrodes et leur intégration dans des canaux microfluidiques protégés contre les gaz présentant une configuration sans membrane. Le résultat est le MFC microfluidique le plus stable jamais décrit dans la littérature, capable de temps de fonctionnement les plus longs sur la plage de débit la plus large. Nous utilisons cette conception d'appareil robuste pour étudier l'effet du débit afin de surmonter les limitations de la disponibilité des nutriments sur les rendements de puissance, les problèmes de dépassement de puissance, ainsi que d'autres obstacles qui ont un impact plus large sur les MFC dans le secteur des énergies alternatives / A microbial fuel cell (MFC) is a type of bioelectrochemical system (BES) in which oxidation of a broad range of organic molecules produces a usable electric current through an external circuit. As such, such anode respiring biofilms (ARBs) have positioned MFCs as a promising next-generation clean energy technology because they can produce electricity while simultaneously achieving bioremediation. MFCs also offer sustainable solutions for distributed power systems and wastewater treatment that can be operated locally at the source of wastewater generation, such as homes and industrial sites, to reduce reliance on centralized facilities. MFCs have even been demonstrated as power sources for autonomous implanted devices and remote sensing. This work seeks to improve the efficiency of MFCs by focusing on the microscale considerations. Technical advancements in microstructured electrodes and microfluidic MFC design are demonstrated. These developments open up possibilities for optimization and fundamental research into MFCs and related BES technology. Specifically, this work demonstrates improvements based on electrode structure and materials and their integration into gas-protected microfluidic channels featuring a membraneless configuration. The result is the most stable microfluidic MFC yet reported in the literature, capable of the longest operating times over the largest range of flow rates. We use this robust device design in study of the effect of flow to overcome the limitations of nutrient availability on power outputs, the so-called power overshoot problems and other obstacles to achieving wider impact of MFCs in the alternative energy sector.

Tesis para optar al grado de Magíster en Políticas Públicas / La incidencia distributiva del impuesto a los combustibles ha sido objeto de un debate político permanente en los últimos años, debido principalmente a un supuesto efecto regresivo sobre la clase media y los más pobres. Este trabajo analiza la incidencia distributiva del impuesto a los combustibles en el Gran Santiago durante el año 2009 para aquellos individuos que poseen automóvil. Se desarrolla una fórmula — que considera el número de autos particulares totales por comuna, los kilómetros recorridos en promedio por habitante, el rendimiento vehicular promedio según el tamaño y tipo de motor (diesel y gasolina), y el año de fabricación del automóvil — para calcular los litros de combustible utilizados, en promedio, durante un día laboral y determinar la carga tributaria por tipo de combustible a nivel comunal. Los resultados, según el índice Cuasi-Gini — que permite medir la progresividad o regresividad del impuesto a través de una curva de Lorenz que grafica el porcentaje acumulado del ingreso per cápita por comuna y el porcentaje acumulado de la carga tributaria — muestran una incidencia progresiva del impuesto a las gasolinas (0,63) y del impuesto al diesel (0,59) y una concentración de alrededor de 60% de la carga tributaria total en las seis comunas más ricas de Gran Santiago (Las Condes, Vitacura, Providencia, Lo Barnechea, Ñuñoa y La Reina).

Thèse de doctorat : Génie des procédés et des produits : INPL : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie des procédés et de l'environnement : Toulouse, INPT : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 209 réf.

Quelques vecteurs énergétiques sont présentement en développement afin de remplacer le moteur à combustion dans les véhicules et ainsi diversifier les sources d'énergie et mieux contrôler les sources de pollution. Les vecteurs énergétiques de remplacement ne doivent donc pas être polluants. Les deux principaux candidats répondant à cette condition sont la pile à combustible à membrane polymère électrolyte (PEMFC) et la pile électrique. Malheureusement, une amélioration des connaissances fondamentales du fonctionnement de ces deux systèmes est requise afin de permettre leur commercialisation pour le marché de l'automobile. Les constructeurs automobiles, tel que General Motors, considèrent que la PEMFC et la pile électrique sont complémentaires. En fait, selon eux, la pile électrique servirait à faire la transition entre le moteur à combustion et la PEMFC. Chacune des composantes de la PEMFC est une source de grands défis technologiques. En effet, ses électrodes ont tendances à perdre de leur efficacité lors des cycles marche/arrêt. De plus, l'hydrogène à l'origine de son fonctionnement doit subir une purification très poussée pour diminuer l'empoisonnement du catalyseur de platine. Finalement, la membrane polymère électrolyte subit une déformation mécanique sous l'effet des cycles de séchage et d'hydratation. Cette dernière composante représente d'ailleurs le plus grand défi d'amélioration de la pile, car aucune amélioration notable ne lui a été apportée depuis les débuts de l'utilisation du Nafion® comme membrane en 1960. De plus, de nos jours la membrane de Nafion® est toujours utilisée dans les PEMFCs. La difficulté à la modifier et à améliorer ses performances de la membrane sont directement liées à notre compréhension seulement partielle de son fonctionnement et du rôle de ses composantes. Dans le cadre de cette étude, nous avons utilisé comme système modèle la membrane de Nafion® à faible hydratation. L'étude de ce modèle présente des intérêts autant fondamentaux qu'industriels. Les intérêts industriels sont axés sur l'amélioration de la conductivité protonique, l'accroissement de la durée de vie et la diminution du coût de la membrane. Les intérêts fondamentaux sont quant à eux reliés au défi de caractériser complètement un système à densité élevée où le phénomène de transport de protons se produit à plusieurs échelles de grandeur et de temps. Le nombre important de données expérimentales reliées à la membrane de Nafion® permettra l'exploration de tous ces pôles d'intérêt. L'étude du transport de protons au sein de la membrane a été effectuée en utilisant des modèles possédant une taille propre aux divers phénomènes relatifs au transport de protons. Chacun de ces modèles a permis de décrire les phénomènes à l'échelle où ils ont lieu : la simulation de la structure électronique pour appréhender le processus de dissociation et la simulation atomistique pour décrire l'interaction au sein des membranes. Ce type d'approche est dit approche muni-échelles. Une approche permettant d'améliorer la résistance mécanique de la membrane consiste à diminuer le volume d'eau nécessaire à son fonctionnement. Par contre, un volume d'eau suffisant doit être présent pour assurer le transport des protons. L'objectif est donc de quantifier le volume, représenté ici par le nombre de molécules d'eau, pour obtenir un transport de protons adéquat tout en minimisant le risque de bris mécaniques. Dans le cadre de cette approche, nous avons étudié le processus de dissociation du groupement acide de la membrane de Nafion® afin de quantifier le nombre de molécules d'eau nécessaires pour assurer le transport de protons. L'étude de la dissociation de ce super acide doit s'effectuer au niveau de l'échelle électronique de façon à pouvoir décrire précisément les interactions inter et intramoléculaires lors de la dissociation. Par contre, compte tenu du nombre important de degrés de liberté, l'exploration d'un système à cette échelle est restreinte à un faible nombre d'atomes. Il est donc essentiel de trouver un modèle qui puisse décrire le plus fidèlement possible le comportement du groupement acide du Nafion® tout en préservant un temps de calcul et une demande en ressource informatique raisonnable. Le modèle choisi a été celui de l'acide trifluorométhanesulfonique (acide triflique). L'utilisation de ce modèle permet de réaliser uniquement l'étude du processus de dissociation sans y adjoindre d'autres contraintes telles que celles émanant de la conformation de la chaîne latérale et du polymère. Il nous a ainsi été possible de caractériser la dissociation coopérative entre deux molécules d'acide lors de l'ajout de molécules d'eau. Cette meilleure compréhension du processus de dissociation nous a permis de proposer de nouveaux acides qui sont en cours de synthèse. Par la suite, nous avons étudié les propriétés de la membrane de Nafionli) à basse hydratation et à une température avoisinant 100°C. À cette température, le niveau de purification du combustible peut être grandement réduit car l'empoisonnement du catalyseur par les sulfures est moins important. La simulation atomistique a été utilisée pour explorer le comportement de la membrane de Nafion® dans ces conditions à des échelles de temps et de taille supérieures à celles accessibles par la simulation électronique. Contrairement à cette dernière, elle permet d'explorer la dynamique d'un grand ensemble d'atomes. Lors de cette étude, nous avons observé un phénomène associé à une transition vitreuse ionique expérimentale. L'hypothèse actuelle permettant d'expliquer ce phénomène suppose qu'une hydratation faible de la membrane augmenterait la rigidité de la structure des clusters d'eau autour des chaînes latérales du polymère. Les simulations atomistiques effectuées dans le cadre de cette étude ont permis de confirmer cette hypothèse. Finalement, l'énergie libre d'interaction intermoléculaire entre l'eau et le Nafione a été déterminée par la méthode d'intégration thermodynamique et la méthode hybride de Suter, qui consiste à effectuer l'intégration thermodynamique suivie de l'insertion de la particule de Widom, pour obtenir le paramètre d'interaction de Flory-Huggins en fonction de l'hydratation de la membrane. Ce paramètre joue un rôle clé dans la modélisation de la membrane à une échelle mésoscopique.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 août 2006). Publié aussi en version papier.

Th. 3e cycle--Econ. de l'environ.--Paris 1, 1984.

Ce mémoire présente l'étude de l'impact de l'humidification de l'anode lors du fonctionnement d'une pile à combustible miniature à base de membrane d'échange protonique (mPEMFC) et opérant par convection naturelle. Les phénomènes d'inondation de la cathode et d'assèchement de l'anode qui limitent les performances des mPEMFCs en convection naturelle sont étudiés et il est démontré qu'ils peuvent se produire simultanément lors du fonctionnement de la pile. Cela est mis en évidence grâce à un modèle analytique simple et à une démonstration expérimentale. Lors de cette étude, un modèle analytique simple en une dimension est réalisé. Celui-ci a pour but de comparer les flux d'eau engendrés par les phénomènes dominants de transport à l'intérieur de la membrane ionique. L'eau produite à la cathode par la pile est évaporée ou retournée vers l'anode par diffusion inverse. De plus, les protons qui traversent la membrane de l'anode vers la cathode engendrent le flux électroosmotique. Ces phénomènes sont fonction de l'humidité relative extérieure, de la température de la pile et du courant demandé à cette dernière. Les résultats donnés par le modèle ont été validés expérimentalement en injectant de l'eau directement à la surface de l'anode de manière à garder son humidité constante lors du fonctionnement de la pile. Les résultats obtenus ont par la suite été comparés aux performances d'une mPEMFC en convection naturelle sans injection d'eau afin de faire ressortir l'impact de l'humidification de l'anode. Cette étude a démontre [i.e. démontré] que l'assèchement de l'anode joue un rôle majeur dans les pertes de performance d'une mPEMFC en convection naturelle à basse température. Même si une inondation se produit à la surface de la cathode, l'injection d'eau à l'anode permet d'augmenter le courant ultime de la pile de 100% (de 0,2 à 0,4 A/cm 2 ) et la puissance maximale de celle-ci de 30% (0.06 W/cm 2 à 0.08W/cm2 ). De plus, il est aussi démontré que la quantité d'eau requise pour améliorer les performances de la pile est du même ordre que ce qui est disponible du côté de la cathode lors du fonctionnement de la pile. Les travaux effectués montrent que pour obtenir les performances optimales de la pile, l'eau doit non seulement être retirée de la cathode, mais aussi redirigée vers l'anode pour réduire la résistance ionique de la membrane.