Projet ANR-07-MAPR-0022 – AMELHYFLAM : Amélioration des procédés électrolytiques de production d'hydrogène, de fluor et d'aluminium par modélisation des phénomènes diphasiques et électrochimiques couplés
Programme : Matériaux procédés (MATETPRO) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : ALUMINIUM PECHINEY (ALUMINIUM PECHINEY)
Partenaires : Entreprise autre que TPE ou PME; Entreprise autre que TPE ou PME; Entreprise autre que TPE ou PME; Centre national de la recherche scientifique; Divers privé; CentraleSupélec; TPE; Grenoble INP; Université de Bretagne-Sud; PME
Montant : 948032.0 euros
Date de début : 2008
Durée : 48 mois
Résumé : Le but de ce projet est d'améliorer les électrolyseurs industriels de production de fluor, d'une part, et d'aluminium, d'autre part, afin de diminuer le coût de production et par ailleurs de contribuer à la mise au point d'un électrolyseur économique de production d'hydrogène selon le procédé Westinghouse (couplage d'une décomposition thermochimique de l'acide sulfurique à l'électrolyse du système redox SO2/H2SO4). Le fluor est essentiel pour la fabrication du combustible nucléaire. De plus, l'abaissement du prix du fluor favorisera son essor dans d'autres secteurs industriels (microélectronique, catalyseurs, etc.). L'aluminium brut est employé pour la production des alliages pour de nombreuses industries (construction, emballage, aéronautique, etc..). Enfin, l'hydrogène est un vecteur énergétique du futur (pile à combustible, etc.). -  Dans ces électrolyseurs, des bulles sont libérées à l'anode et / ou à la cathode. En raison des interactions entre le bain et les électrodes, les bulles ont un comportement très particulier et masquent la surface de l'électrode, voire du séparateur des compartiments anodique et cathodique, et modifient la densité de courant locale. Elles produisent une surtension significative qui représente une partie non négligeable de l'énergie électrique consommée dans l'électrolyseur. De plus, elles ont un rôle essentiel pour l'hydrodynamique de la cuve car elles homogénéisent la température dans l'électrolyseur et contribuent à la dégradation du rendement Faraday par recombinaison des gaz produits des cellules sans séparateur. La compréhension du comportement de ces bulles est donc essentielle. -  Les électrolyseurs de production d'aluminium ont des anodes consommables car elles s'érodent avec le temps. Cette érosion est couplée fortement à la densité de courant en frontière et donc à la production et au transport des bulles. -  Un axe essentiel d'amélioration des performances des électrolyseurs biphasiques est d'étudier le comportement des bulles électrogénérées: genèse, impulsion au détachement et éventuelle coalescence. Plusieurs disciplines seront mises à profit pour cette étude et le travail se fera en interaction entre expérimentations (notamment écoute de la signature acoustique des bulles) et modélisations. Ce modèle physique sera implanté dans un outil numérique capable de résoudre simultanément l'hydrodynamique diphasique, l'électrocinétique et la thermique tout en prenant en compte une éventuelle consommation des électrodes. L'outil numérique sera construit en collaboration avec deux développeurs de logiciels : un qui commercialise un code pertinent en mécanique des écoulements diphasiques et l'autre dont le logiciel est bien adapté à la résolution des phénomènes électrochimiques (surtensions, etc.). -  Cette démarche, nouvelle et originale permettra de faire des progrès en génie électrochimique industriel dans tous les domaines où les bulles sont électrogénérées. -                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  ...