Conversion optimale de la puissance fournie par une pile à combustible microbienne

Résumé

La pile à combustible microbienne (PCM) est un système électrochimique et biologique qui produit de l’électricité à partir de l’oxydation des composés organiques présents dans le combustible (eaux usées). Elle consiste en un réacteur dans lequel les bactéries présentes dans le compartiment anodique dégradent la matière organique et libèrent des électrons qui seront dirigés à travers un circuit externe reliant les deux électrodes. Bien que ce système permette à la fois le traitement des eaux usées et la production de l’énergie électrique, de nombreux obstacles retardent son implantation industrielle. La puissance électrique générée par la PCM dépend de plusieurs facteurs entre autres la concentration du substrat, la température et le pH. Ces perturbations fréquentes et inévitables font varier la résistance interne, par conséquent, diminuer la puissance générée. Un branchement continu de la PCM à une charge occasionne la diminution de la puissance dans le temps. Dans cette étude, l’approche de la connexion intermittente a été utilisée pour permettre d’adapter les impédances afin de régler le problème de la diminution de la puissance du mode d’opération continu de la PCM. Un ajustement dynamique du commutateur, qui assure le mode intermittent, a permis d’atteindre la puissance optimale en tout temps. Deux scénarios ont été réalisés afin de comparer entre la puissance générée en mode continu et intermittent. Le premier scénario est la commande par bornes de tension du commutateur intégré entre la PCM et la charge (un condensateur en parallèle avec une résistance). La commande du commutateur a été possible grâce à l’ajustement des seuils de tension minimal et maximal mesurés aux bornes du condensateur. Les résultats expérimentaux ont permis de conclure qu’effectivement la connexion intermittente de la PCM permet d’atteindre de meilleures performances en puissance à long terme. Le deuxième scénario est la connexion intermittente du modèle électrique équivalent de la PCM afin d’alimenter une pile. Un convertisseur BOOST a été intégré entre le commutateur et la pile. Les résultats de simulation ont montré que l’ajustement du rapport cyclique du commutateur a permis au mode intermittent d’atteindre les performances du mode continu. Cependant, le modèle électrique équivalent de la PCM ne décrit pas son aspect biologique. Ce dernier provoque une dégradation des performances de la PCM à long terme lorsqu’elle est branchée en continu.

Date	30 mars 2016
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Lyne Woodward (Directeur(-trice))