La leña es una fuente de energía empleada frecuentemente en zonas rurales o en lugares de escasos recursos. En el departamento de Ancash se obtiene leña a partir de los árboles de eucalipto debido a su abundancia y rápido crecimiento. Dentro de los procesos que involucra la elaboración de leña, el astillado, el cual consiste en realizar un corte longitudinal al tronco seccionado de manera que exponen las fibras, es el proceso que presenta las mayores dificultades puesto que, para llevarlos a cabo, se utilizan hachas manuales que requieren de un gran esfuerzo físico y además de un tiempo considerable, lo que puede perjudicar a los trabajadores. Es por esto que en el presente trabajo se diseñó una máquina hidráulica astilladora de troncos de eucalipto en el departamento de Ancash para acelerar dicho corte. Esta máquina procesa troncos cortados en tramos de 50 cm de longitud y diámetros variables entre 20 y 30 cm para obtener 4 partes simétricas las cuales serán utilizadas como leña. El proyecto inició con la elaboración del estado del arte, el cual incluye como parámetro la fuerza necesaria para poder cortar el tronco para la cual se tuvo que realizar ensayos de corte variando las condiciones. El resultado del ensayo fue una fuerza mínima de 30000 N con una cuchilla de ángulo de 30° con poca influencia en el rango de diámetros. Luego, se elaboró la lista de exigencias en conjunto con representantes de los trabajadores de la zona. En base a la producción actual, se estimó la capacidad de la máquina astilladora a 450 troncos por día como mínimo. Posteriormente se elaboró la estructura de funciones y la matriz morfológica a partir de las cuales se diseñaron los conceptos de solución y finalmente el proyecto preliminar óptimo. Una vez logrado este paso, se procedió a calcular y a dimensionar las piezas y equipos que involucra la máquina. Finalmente, se elaboraron los planos de despiece y ensamble, así como la lista de costos. El resultado del proyecto fue una máquina astilladora la cual impulsa troncos con un cilindro hidráulico contra una cuchilla y que además cuenta con un sistema de alimentación de tronco. El elemento de corte tiene una forma de cruz y puede regular su altura de manera que el corte sea de cuatro partes simétricas con una capacidad mínima de 450 troncos de 50 cm de longitud. El costo total de la máquina asciende a USD 15715. / Tesis

El primer objetivo de este trabajo consiste en poner de relevancia como la sulfonación de la polianilina (PANI) tiene implicaciones profundas que afectan al material a todos los niveles, desde niveles microscópicos: mecanismos que rigen la oxidación/reducción, el dopado/desdopado del polímero; hasta un nivel macroscópico evaluando propiedades tales como la solubilidad y la conductividad eléctrica. Para ello se realizan estudios electroquímicos con el pH y la fuera iónica, sobre PANI sulfonada (SPAN) electro-generada, y seguidamente se emplean técnicas espectro-electroquímicas (UV-Vis-NIR, FTIR y EPR in situ). Posteriormente se estudia sobre la SPAN generada químicamente la influencia del grado de sulfonación en las propiedades macroscópicas más relevantes. En los siguientes capítulos se abordan investigaciones relacionadas con potenciales aplicaciones de la PANI auto-dopada. Los temas son dispares: i) la detección de indicadores fisiológicos en biomedicina y ii) la preparación de catalizadores para aplicaciones en reactores con fines energéticos. En ambos casos la aproximación es similar, el polímero presenta propiedades óptimas de conductividad y estabilidad para constituir una matriz donde inmovilizar un componente/fase catalíticamente activa y ejercer además como eficiente colector de corriente. En el presente trabajo de investigación se ahonda en dicha posibilidad desde una premisa clara, hallar unas condiciones de preparación que respeten al máximo la integridad del polímero.

En este trabajo, en primer lugar, se presenta una nueva técnica desarrollada en nuestro laboratorio para el estudio electroquímico de las capas catalíticas de las pilas de combustible en células de tres electrodos, centrándonos en el proceso de electroxidación de ácido fórmico como reacción de test. Gracias a esta técnica se han estudiado parámetros de construcción como % en peso del metal, relación Nafion / sólidos totales y recubrimiento catalítico comprobando como la adsorción irreversible de adátomos de Bi sobre Pt soportado sobre Vulcan XC-72 favorece este proceso y como puede caracterizarse la capa catalítica de una pila de combustible de ácido fórmico (DFAFC) de forma integral utilizando estudios de sistemas nanoparticulados de Pt-Pd soportados sobre Vulcan XC-72 en el seno de ésta. En segundo lugar se ha introducido el concepto de PEMER (Polymer Electrolyte Membrane Electrochemical Reactor). De esta forma, una configuración electródica propia de las pilas de combustible se utiliza en electrosíntesis orgánica. Como reacciones test se han testeado la formación de 1-feniletanol como producto mayoritario por hidrogenación electrocatalítica de la acetofenona sobre nanopartículas de Pd soportadas sobre Vulcan XC-72 como electrocatalizador y, utilizando Pb (catalizador no noble) soportado sobre Vulcan XC-72, se ha estudiado la ruptura del puente disulfuro de L-cistina y N,N-diacetil-L-cistina (NNDAC) para obtener L-cisteína y N-acetil- L-cisteína (NAC). En ambas reacciones, hidrogenación y ruptura del puente disulfuro, se han analizado tanto parámetros constructivos de la capa catalítica como parámetros de proceso tanto a escala laboratorio con el uso de un reactor comercial de 25 cm² como a escala pre-piloto con la construcción de un reactor de 100 cm².

La mayor parte de los aceites vegetales empleados para freír alimentos se convierten luego en aceites de desecho (aceites usados). Este producto residual no tratado es descargado generalmente sobre ríos, canales o el mar provocando su contaminación. El tratamiento de los aceites de desecho usando microorganismos lipolíticos capaces de bioconvertir estos aceites en productos de interés como Biodiesel es reciente y poco estudiada. Por ello, en el presente trabajo se aislaron hongos lipolíticos a partir de 6 muestras de aceites vegetales de desecho proveniente de frituras. Se emplearon dos métodos: uno de ellos corresponde a la metodología estandarizada por el American Public Health Association (APHA), pero modificada para los objetivos de la presente investigación y que se denominó: Método APHA modificado; y el otro empleando el medio mínimo de sales Czapek Dox (3% substrato de lípidos) que se denominó: Método Czapek. La capacidad de producir lipasas de las cepas aisladas fue comprobada “in vitro” al sembrarse en Agar Czapek (pH 6.3) con 3% de substrato de lípidos como única fuente de carbono: Prueba de Lipólisis (P.L.). Se aisló en total 123 cepas, de los cuales 105 fueron hongos lipolíticos: 55 obtenidos con Método APHA modificado y 50 con Método Czapek. De éstos, sólo el 9.52% (10 cepas) logró la degradación completa del substrato de lípidos en Agar Czapek (3%). Perteneciendo 8 al género Penicillium, 1 a Aspergillus y 1 a Geotrichum. El resto tuvo halos de degradación menores a 1 mm y diámetros de las colonias menores a 0.5 cm. En el Método APHA modificado el uso del éter de petróleo como diluyente alternativo influenció para aislar menor número de cepas con respecto al uso del buffer fosfato. Sin embargo, con el éter se aisló dos de los tres géneros de hongos con mayor capacidad de lipólisis (Penicillium y Geotrichum). En cambio, no hubo diferencias significativas al emplearse éter como diluyente adicional en el Método Czapek, aislándose sólo el género Penicillium dentro del grupo de los más lipolíticos reportados en la presente investigación. Palabras Claves: hongos lipolíticos, lipasa, aceites de desecho, Método APHA modificado, Método Czapek, éter de petróleo. / --- Most vegetable oils used for frying foods then become waste oils (used edible oils).This waste product untreated is discharged usually on rivers, canals or the sea causing contamination. The treatment of waste oils with lipolytic microorganisms capable of the bioconversion these oils in products of interest such Biodiesel, is recent and little studied. Therefore, in this work were isolated lipolytic fungi from 6 samples of waste vegetable oil from frying. Two methods were used: one of them corresponds to the methodology standardized by the American Public Health Association (APHA), but modified for the purposes of this research and was called: modified APHA Method, and the other one using the minimum salt Czapek Dox (3% lipid substrate) that is called: Czapek Method. The ability to produce lipases was tested “in vitro” when cultivated on Czapek Agar (pH 6.3) with 3% lipid substrate as sole carbon source: Test of Lipolysis (PL). 123 strains were isolated, of these 105 were lipolitic fungi: 55 got with the modified APHA Method and 50 with Czapek Method. Of these, only 9.52% (10 strains) were able to complete degradation of the lipid substrate Czapek Agar (3%). 8 belonging to the genus Penicillium, 1 to Aspergillus and 1 to Geotrichum. The remaining showed degradation halo low to 1 mm and diameter of colonies less than 0.5 cm. In the modified APHA Method using petroleum ether as diluent alternative influenced to isolate smaller number strains than with the use of phosphate buffer. However, with the ether was isolated from two of the three genera of fungi with greater capacity for lipolysis (Penicillium and Geotrichum). There weren’t significant differences when used ether as an additional diluent in Czapek Method, only the genus Penicillium isolated within the group of the most lipolytic reported in this investigation. Key words: lipolytic fungi, lipase, waste oil, modified APHA Method, Czapek Method, petroleum ether / Tesis

Les recherches scientifiques sur la pile à combustible échangeuse de protons (PEMFC) ont, jusqu’il y a peu, concerné presque exclusivement les aspects fondamentaux liés à l’électrochimie, particulièrement la conception, le dimensionnement, les performances et le diagnostic. Récemment, les objectifs de durée de vie ont ouvert un nouvel axe de recherche sur le comportement mécanique de la PEMFC devant conduire à son optimisation statique et dynamique. Parallèlement les installations vibroclimatiques de la plateforme d’essais « Systèmes Pile à Combustible » de Belfort ont été développées. La thèse de Vicky ROUSS soutenue en 2008 montre l’intérêt et le potentiel de la modélisation type « boîte noire » pour simuler le comportement mécanique de la PEMFC, et de la technique des signatures mécaniques expérimentales pour mettre en évidence la présence des phénomènes physiques à l’intérieur de la PEMFC. Dans ce contexte les travaux de la présente thèse ont concerné le pilotage des essais de durabilité par simulation boîte noire temps réel et l’exploitation de cette dernière en vue de la découverte des phénomènes physiques à l’intérieur de la PEMFC. La modélisation par réseaux de neurones des systèmes simples de type oscillateur harmonique a représenté le premier pas pour la définition d’un modèle neuronal de pilotage des essais de durabilité en temps réel. Le cas du système mécanique excité par la base qui correspond à une pile à combustible fixée sur la plateforme vibratoire, a été considéré. L’architecture neuronale optimale a été définie en plusieurs étapes en utilisant différents algorithmes. Elle utilise en entrée le signal de commande du système et la réponse mesurée sur la pile à combustible au moment t et en sortie on obtient la réponse prédite du comportement de la pile à combustible au moment t+1. Cette architecture a été mise au point et validée par des essais sur la plateforme. D’autres essais ont permis de mettre en évidence différents comportements de la pile à combustible en fonction de l’amplitude de sollicitation, de la pression et de la température de la pile à combustible. Les signatures mécaniques obtenues réalisées à partir des essais de durabilité complètent la bibliothèque de signatures déjà existante et mettent en évidence de nouveaux comportements de la pile à combustible. / Scientific research on cell proton exchange fuel cells (PEMFC) have, until recently, almost exclusively concerned fundamental aspects of electrochemistry, particularly the design, sizing, the electrochemical performance and diagnostics. Recently, the objectives of life cycle have opened a new direction of research on the mechanical behavior of the PEMFC leading to its static and dynamic optimization. At the same time new environmental facilities of the test platform "Fuel Cell Systems" at Belfort are developed. Vicky ROUSS thesis sustained in 2008 shows the importance and the potential of the black box modeling to simulate the mechanical behavior of the PEMFC and experimental mechanical signatures to highlight the presence of physical phenomena inside PEMFC. In this context the work of this thesis concerned the monitoring of durability tests by simulation and real-time black-box operation to explore the physical phenomena inside the PEMFC. Modeling neural networks simple systems such as harmonic oscillator represented the first step towards the definition of a neural control model of real time environmental tests. Then, it was considered the case of the harmonic oscillator excited by the base, which corresponds to the fuel cell mounted on the vibration platform. The optimal neural architecture has been defined in several stages using different algorithms. This architecture uses as input the control signal of the system and the measured signal on the fuel cell at the time t and as output the predicted response behavior of the fuel cell at time t+1. This architecture has been developed and validated by tests on the platform. Other tests have allowed demonstrating the different behavior of the fuel cell in accordance with the amplitude of solicitation, the pressure and temperature of the fuel cell. Mechanical signatures made from tests complete the existing library of signatures and demonstrate new behaviors of the fuel cell.

Ces dernières années, la pile à combustible à membrane échangeuse de proton (PEMFC) a fait l’objet d’un intérêt particulier pour des applications liées au transport. De par le fait qu’elle fonctionne à une température de fonctionnement relativement basse (50-100°C) combiné à une membrane polymère solide empêchant tout risque de fuite. Dans ce travail, des expérimentations ont été effectuées pour démontrer que la distribution de température à une influence significative sur les performances de la PEMFC. Par ailleurs, ce travail comporte une analyse ayant pour but de d’indiquer une amélioration de la résistivité ionique de la membrane, de la vitesse de réaction et de la diffusion des gaz en fonction de la température. Des expérimentations sur une cellule puis sur un stack complet ont permis d’évaluer l’impact de la température à l’aide d’un modèle 3D développé simulant les performances de la pile en relation avec la distribution de température. Dans cette thèse, deux piles à combustible ont permis de valider le comportement et d’en déduire une relation entre la tension de sortie et la distribution de température dans différentes conditions de fonctionnement. Une étude expérimentale prenant en compte la tension et la température a été effectuée sur une cellule en mesurant la température et le voltage en douze points à l’aide de thermocouples et de sonde de tension. Le modèle 3D proposé permet ainsi d’améliorer la durée de vie d’une pile ainsi que sa fiabilité, il permet aussi d’effectuer un diagnostic et de détecter en ligne un défaut. Ceci est effectué en calculant la densité de courant localement à différentes conditions de fonctionnement en utilisant la méthode de Newton Raphson. De par le développement de ce modèle sensible à un défaut, un algorithme de détection de défaut ainsi que la stratégie de diagnostic ont été développé en utilisant des réseaux de neurones artificiels (RNN). Ces derniers ont été utilisés pour la classification supervisée de défaut permettant ainsi le diagnostic. / In recent years, according to the upcoming challenge of pollution, fuel saving, to use on FCEV is increasing. It can be that fuel cell power train divided in the PEMFC, Batteries, DC/DC converters, DC/AC inverters and electrical motors. The Proton Exchange Membrane Fuel cells (PEMFC) have consistently been considered for transportation application. Characteristic features of PEMFC include lower temperature (50 to 100 °C) and solid polymer electrolyte membrane. In this work, experiments have shown that the temperature distributions can significant influence on the performance of the PEMFC. Also analytical studies have indicated improvement of ionic resistivity of the electrolyte membrane, kinetics of electrochemical reaction and gas diffusion electrodes have directly related to temperature. This work evaluated the effectiveness of temperature on a single and stack fuel cell. In addition, a 3D model is developed by effective of temperature on performance on the fuel cell. In this thesis, two PEM fuel cells have been considered to find out the relationship and analyze the behaviors of the cell voltage and temperature distributions under various operating conditions. An experimental study for voltage and temperature has been executed, using one cell, 12 thermocouples and 12 voltage sensors have been installed at different points of the cell. In this work a new model was proposed to improve the lifetime and reliability of the power train and to detect online faults. Besides, current distributions in different points of the cell based on varying operating conditions are calculated by the Newton Raphson method. On the basis of the developed fault sensitive models above, an ANN based fault detection; diagnosis strategy and the related algorithm have been developed. The identified patterns ANN have been used in the supervision and the diagnosis of the PEMFC drivetrain. The ANN advantages of the ability to include a lot of data made possible to classify the faults in terms of their type.

La pile à combustible est un générateur électrique qui s'appuie sur un effet électrochimique découvert au 19èmesiècle par Christian Schönbein. Cette technologie a connu des périodes de développement et de désintéressementsuccessives jusqu'à nos jours. Suite à une flambé du prix du baril de pétrole et à la sensibilisation des populationsaux problèmes environnementaux engendrés par les rejets de gaz à effet de serre, la quantité annuelle depublications sur la pile à combustible a augmenté d'une manière continue. Son rendement, souvent supérieur àcelui des technologies de production d'énergie par combustion, et la possibilité d'utiliser des carburants non fossileset non polluants en font un candidat de substitution attractif. Cependant, son cout, sa durée de vie, sa puissancemassique et d'autres problèmes liés au stockage de son carburant ne lui permet pas de détrôner les technologiesactuelles qui sont bien rodées et qui profitent d'une économie d'échelle. Il faut donc continuer à améliorer la pile àcombustible pour qu'elle devienne un jour économiquement viable.L'une des voies pour atteindre cet objectif, est la modélisation qui permet une réflexion, une meilleurecompréhension de la pile à combustible, ainsi que la possibilité de tester des idées à moindre cout.Malheureusement, la pile à combustible est un système complexe combinant des phénomènes fluidique, thermiqueet électrochimique. Des modèles en 1 dimension et en temps réels ont déjà été développés. Mais pour étudiercorrectement ce qui se passe à l'intérieur, il faut au moins disposer d'un modèle en 2 dimensions. Cependant lesmodèles en 2 dimensions demandent des méthodes de calcul par éléments finis qui nécessitent des ressources decalcul importantes, ainsi, jusqu'ici, ils ne permettaient pas de réaliser des calculs en temps réel. C'est pourtant ledéfi relevé par cette thèse : développer un modèle en deux dimensions ou plus et être capable de le faire tourner entemps réel sur un ordinateur comme sur un processeur embarqué.Pour arriver à cette performance, les concepts physiques, mathématiques et informatiques ont été combinés etintégrés grâce à des astuces organisationnelles en un programme en langage C, peu gourmand en mémoire et enpuissance de calculs. Toutes les hypothèses simplificatrices et les méthodes mathématiques modifiées etimplantées selon des schémas informatiques peu communément utilisés dans ce domaine ont fait apparaitre denouveaux problèmes. Des nouvelles méthodes de calculs ont dû alors être développées pour gérer ces nouveauxproblèmes.Finalement, un modèle de pile à combustible multidimensionnel et temps réel a été conçu et ses paramètresphysiques ont été ajustés par un programme pour faire correspondre les résultats à ceux d'une pile à combustibleréelle sur laquelle des essais ont été réalisés. Les résultats obtenus ont été analysés à l'aide d'un procédéd'observation structuré. Le résultat de ces observations a permis d'arriver à des conclusions dans le domaine de lamodélisation multidimensionnelle et multiphysique de la pile à combustible pour des applications en temps réel. / The fuel cell is an electric generator which uses an electrochemical effect discovered in 18 century by ChristianSchönbein. This technology has gotten successively periods of development and periods of void in the pastdecades. After the petrol barrel price rising and the people¿s awareness of environmental problem such asgreenhouse effect, the research in fuel cell field has been increasing constantly. Its higher efficiency compared tothermal technology to produce electricity, the possibility to use no fossil fuel and no pollution final products make thefuel cell an attractive substitution candidate for energy production. However, its cost, life time, power density andother problems related to the fuel storage do not allow it to replace immediately the actual technology which is elderand benefit about scale economy effect. Thus, the fuel cell technology must be improved to become economicallyviable.One of the ways to do it, is to model the fuel cell in order to reflect, analyze and better understand its behavior with aminimal cost. Unfortunately, the fuel cell is a complex system which combines fluidic, thermic and electrochemicaleffects. In literature, many one dimensional real time models have been developed. But to analyze and predict localphenomena, a 2 dimensional model is needed. However, the general two dimensional models use finite elementcalculation methods that cannot be done in real time due to their complex mathematical calculation. In spirit toovercome this calculation complexity problem, the challenge of this thesis is defined: develop a 2 dimensional modelwho are able to be executed in real time on an ordinary computer or an embedded system.In order to achieve the desired real time performance, the physical, mathematical and computer concepts of realtime 2D fuel cell model are developed, combined and integrated with specific organization methods in a C languageprogram which does not requires an important calculation power or memory to run. All the modeling assumptionsand the modified mathematic methods are implanted following an innovative modeling approach.Finally, a 2D, multiphysique, multidimensional real time fuel cell model is developed and its parameters are adjustedwith a real fuel cell stack from different experiments. The results are then analyzed with a structured observationmethod with conclusions given at last.

Les questions environnementales, en particulier le réchauffement de la planète en raison de l'effet de serre, estdevenu de plus en plus critique au cours des dernières décennies. Candidate potentielle parmi les différentessolutions alternatives d'énergie verte pour le développement durable, la pile à combustible à membrane échangeusede protons (PEMFC en anglais) a fait l'objet de nombreux travaux de recherche, dans les domaines de l'énergie etdes transports. Les PEMFC peuvent produire de l'électricité directement à partir de la réaction électrochimique entrel'hydrogène et l'oxygène de l'air, avec comme seul sous-produits de l'eau et de la chaleur. Si l'hydrogène est produità partir de sources d'énergie renouvelables, cette conversion de l'énergie est complètement écologique.Cependant, la durée de vie relativement courte des PEMFC fonctionnant dans des conditions dynamiques (pour lesvéhicules, par exemple) empêche son utilisation massive. La prévision précise de leurs mécanismes devieillissement peut ainsi aider à concevoir des modèles de maintenance appropriés des PEMFC en fournissant desinformations prévisibles sur la dégradation des performances. De plus, la prédiction pourrait également contribuer àatténuer la dégradation indésirable des systèmes PEMFC en cours d'exploitation. Ces travaux proposent unenouvelle approche guidée par les données pour prédire la dégradation des performances des PEMFC en utilisantune méthode d'apprentissage améliorée (Relevance Vector Machine : RVM).Tout d'abord, la description théorique des PEMFC en fonctionnement est présentée. Ensuite, une illustrationdétaillée de l'impact des conditions opérationnelles sur la performance des PEMFC est exposée, ainsi que desmécanismes de dégradation de chaque composant des PEMFC.Une méthode de prédiction de performance en utilisant la RVM améliorée est ensuite proposée et démontrée. Lesrésultats de prédiction basés sur des zones d'apprentissage différentes à partir des données historiques sontégalement discutés et comparés avec les résultats de prédiction utilisant les machines à vecteurs de support(Support Vector Machine : SVM).En outre, une méthode de prédiction RVM à noyau auto-adaptatif (Self-Adaptive Kernel) est présentée. La matricede conception de la formation du RVM est également modifiée afin d'acquérir une plus grande précision lors de laprédiction. Les résultats de la prévision sont illustrés et discutés en détails.En résumé, ces travaux permettent de discuter principalement de l'analyse de la prédiction de la performance desPEMFC en utilisant des méthodes d'apprentissage statistique. / The environmental issues, especially the global warming due to greenhouse effect, has become more and morecritical in recent decades. As one potential candidate among different alternative "green energy" solutions forsustainable development, the Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) has been received extensiveresearch attention since many years for energy and transportation applications. The PEMFC stacks, can produceelectricity directly from electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air, with the only by-productsof water and heat. If the hydrogen is produced from renewable energy sources, this energy conversion is 100% ecofriendly.However, the relatively short lifespan of PEMFCs operating under non-steady-state conditions (for vehicles forexample) impedes its massive use. The accurate prediction of their aging mechanisms can thus help to designproper maintenance patterns of PEMFCs by providing foreseeable performance degradation information. In addition,the prediction could also help to avoid or mitigate the unwanted degradation of PEMFC systems during operation.This thesis proposes a novel data driven approach to predict the performance degradation of the PEMFC using animproved relevance vector machine method.Firstly, the theoretical description of the PEMFC during operation will be presented followed by an extensivelydetailed illustration on impacts of operational conditions on PEMFC performance, along with the degradationmechanisms on each component of PEMFC. Moreover, different approaches of PEMFC performance prediction inthe literature will also be briefly introduced.Further, a performance prediction method using an improved Relevance Vector Machine (RVM) would be proposedand demonstrated. The prediction results based on different training zones from historical data will also bediscussed and compared with the prediction results using conventional Support Vector Machine (SVM).Moreover, a self-adaptive kernel RVM prediction method will be introduced. At the meantime, the design matrix ofthe RVM training will also be modified in order to acquire higher precision during prediction. The prediction resultswill be illustrated and discussed thoroughly in the end.In summary, this dissertation mainly discusses the analysis of the PEMFC performance prediction using advancedmachine learning methods.

Dans un souci de réduction du volume de déchets nucléaires et de revalorisation des matières combustibles, une stratégie de gestion du combustible des réacteurs à haute température (HTR) est développée dans cette étude. La réduction de volume passe par la séparation des particules TRISO hautement radioactives et du graphite faiblement radioactif (les deux étant réunis dans un assemblage de combustible appelé "compact") tandis que le recyclage total nécessite la séparation du coeur de la particule, valorisable, et de sa gangue, déchet ultime. Les méthodes de séparation doivent préserver l'intégrité des TRISO afin d'empêcher la fuite des radioéléments. Ainsi, le traitement de choc thermique entre l'azote liquide et l'eau chaude permet une division partielle des compacts mais ne permet de récupérer que peu de particules. L'érosion du graphite par jet d'eau à haute pression présente le risque de fracturer les particules. La combustion totale du carbone libère toutes les billes. Le traitement des compacts par les ultrasons dans l'eau érode le graphite en fonction de l'intensité de travail, des direction et distance d'attaque, de la température et du gaz de saturation, nettoyant les particules. L'attaque acide des compacts par un mélange H2O2 + H2SO4 provoque l'intercalation du graphite par l'acide, faisant gonfler la structure et libérant ainsi les billes intactes. Les TRISO d'une part et leurs gangues d'autre part ont ensuite été vitrifiées par frittage de manière à obtenir une forte densité, jusqu'à un taux de 25% vol. Enfin, la lixiviation des composites dans l'eau ultrapure à 90°C montre de fortes propriétés de confinement.

Les piles à combustible, dont l'efficacité énergétique est potentiellement supérieure à celle des meilleures batteries Li-ion actuellement proposées sur le marché, laissent entrevoir des autonomies considérables pour les appareils nomades. Un des objectifs à atteindre pour leur commercialisation est la gestion de l'eau. Le travail de cette thèse s'intègre dans cette problématique. Il a pour but premier d'étudier l'influence de différents paramètres aussi bien environnementaux (température, humidité relative,...) que structuraux (épaisseur du collecteur cathodique, couche de diffusion à la cathode, packaging,...) sur la gestion de l'eau afin de proposer des solutions permettant de gérer l'assèchement ainsi que le noyage d'une micropile à combustible. Une des particularités des micropiles étudiées ici est qu'il s'agit de pile dite à respiration, c'est-à-dire utilisant directement l'oxygène de l'air comme comburant. Il ressort de cette étude que ces micropiles à combustible sont extrêmement sensibles aux conditions environnementales et que si des performances optimales sont attendues sur une large gamme de température et d'humidité relative, une gestion totalement passive de l'eau sera insuffisante. A l'issue des différents résultats obtenus au cours de cette thèse, des perspectives sont avancées, et un premier prototype composé de neuf micropiles à combustible avec une gestion active de l'eau a été réalisé.