Brevet FR3007669A1 — publié le 20150102

DISPOSITIF DE PURIFICATION ET DE COMPRESSION ELECTROCHIMIQUE DE HYDROGENE A PLUSIEURS ETAGES DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à un dispositif de purification et compression électrochimique d'hydrogène à plusieurs étages de compression. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif dans lequel les cellules électrochimiques constitutives ont une surface d'aire de plus en plus petite, dans le sens du flux d'hydrogène. ETAT DE LA TECHNIQUE L'hydrogène offre un intérêt considérable pour le stockage d'énergie lorsqu'il est produit « ultra-pur », car il peut être ensuite transformé en chaleur, en électricité ou en produits à forte valeur ajoutée. Le stockage de ce gaz très léger reste cependant très difficile et sa compression sous différentes formes (gazeux, liquide et hydrures métalliques) à des pressions élevées reste une étape très énergivore (7 à 13 kWh/kg H2). Les compresseurs électrochimiques pour l'hydrogène sont des dispositifs basés sur les propriétés conductrices de protons de certains matériaux. Ils permettent de pressuriser de l'hydrogène (potentiellement de quelques centaines de bars) par un processus simple en une étape, à l'aide d'une alimentation électrique de faible puissance. Ce type de dispositif est basé sur la technologie PEM (« Proton Exchange Membrane ») ou « membrane échangeuse de protons », c'est-à-dire une cellule électrochimique comprenant un assemblage membrane/électrodes (AME). Un AME comprend une membrane constituée d'un polymère conducteur protonique, par exemple un ionomère de type PFSA (Acide PerFluoroSulfonique) tel que le Nafion®, séparant deux électrodes anodique et cathodique, respectivement. Les électrodes comprennent généralement du platine ou un alliage de platine supporté par du carbone. Lorsqu'une une surtension électrique suffisante est appliquée aux bornes de la cellule alimentée en hydrogène ou à l'aide d'un mélange de gaz contenant de l'hydrogène à une pression donnée, l'anode est le siège d'une ou plusieurs réactions chimiques. Ainsi, lorsque la cellule électrochimique est alimentée uniquement par de l'hydrogène, l'anode est le centre d'une réaction d'oxydation de l'hydrogène, selon la demi-équation suivante : H2 2H+ + 2e- (1) Lorsque la cellule électrochimique est alimentée par un mélange de gaz, issu par exemple du vaporeformage du gaz naturel ou du bioéthanol et fonctionne dans une gamme de températures comprises entre 20 et 80°C, une deuxième réaction d'oxydation est possible. Cette réaction, correspondant à l'oxydation du monoxyde de carbone, a lieu à l'anode et est également une source de protons : CO + H2O CO2+ 2H++ 2e- (2) Les protons solvates, c'est-à-dire les protons entourés de molécules d'eau, migrent à travers la membrane ionomérique sous l'effet du champ électrique et viennent se réduire à la cathode sous forme d'hydrogène selon la demi-équation suivante : 2H++2e- H2 (3) Le flux de moles de protonsH~) qui traverse la cellule électrochimique est relié au courant I par la relation suivante : I = 2FiiH+ (4) (F) représentant la constante de Faraday. La tension électrique utile pour extraire de l'hydrogène du mélange gazeux et le récupérer à la cathode à la même pression qu'à l'anode correspond à la tension nécessaire pour la purification de l'hydrogène. Cette tension dépend principalement de la résistance de la membrane, des propriétés électro-catalytiques des électrodes (résistance de transfert de charge) et des conditions opératoires. Ainsi, la tension électrique de la cellule électrochimique pour la purification d'hydrogène sans compression Ep (V) est donnée par la relation suivante : E p(V) = f1a +n, +RmI (5) dans laquelle : - (ria) et (rie) représentent les surtensions anodique et cathodique associées respectivement aux transferts de charge à l'anode et à la cathode ; - (R,2) est la résistance de la membrane ; et - correspond au courant qui traverse la cellule électrochimique. La grandeur quantitative de la tension électrique supplémentaire E, (V), appliquée à la cellule pour transférer l'hydrogène de faible pression à l'anode vers la cathode à haute pression, est une dérivée de l'équation de Nernst et est donnée par la relation suivante : Ec(V)= -RTln III, (6) 2F n, dans laquelle : - (P/12) et (Pic/2) correspondent aux pressions partielles en hydrogène respectivement à l'anode et à la cathode ; - (/) représente la température de fonctionnement ; - (R) représente la constante des gaz parfait ; et - (F) représente la constante de Faraday. Une cellule électrochimique utilisée dans cette configuration est donc une pompe à protons qui permet de créer un flux d'hydrogène entre les compartiments anodique et cathodique et qui favorise son stockage sous pression. Pour atteindre des pressions élevées de l'ordre de 700 bars, plusieurs solutions ont été proposées dans l'art antérieur, basées sur des systèmes à plusieurs étages de compression.30 Ces systèmes peuvent être très compacts et sans pièce mobile, permettant ainsi d'atteindre des pressions élevées avec une consommation énergétique proche de la compression isotherme. Le principe de compression électrochimique à plusieurs étages est décrit notamment dans le document US 2004/211679. De manière générale, les compresseurs électrochimiques fonctionnent en conditions stationnaires, à une température constante (correspondant avantageusement à la température optimale de la membrane constitutive des cellules électrochimiques) et à courant constant imposé. En pratique, les compresseurs électrochimiques à plusieurs étages de compression sont réalisés par une succession de cellules électrochimiques, ou assemblages membrane-électrodes (AIME), de surfaces équivalentes, et fonctionnant donc à densité de courant constante. Par conséquent, la pression à différents étages de compression reste le seul degré de liberté capable d'influencer le fonctionnement du compresseur. Or, les données expérimentales issues de la littérature (P. Medina, M. Santarelli, 20 International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 5173-86) montrent que la grandeur ng, correspondant au ratio entre le nombre de moles d'eau constituant le cortège entourant les protons et le nombre de moles de protons traversant la membrane, dépend des conditions opératoires de fonctionnement, c'est-à-dire de la température (T), de la densité de courant (j) et de la pression partielle d'hydrogène (PH2). 25 La grandeur ng est illustrée par la relation suivante : f (1',J,PH2) (8) L'expression de la grandeur ng en fonction des paramètres température (T), densité de 30 courant (j) et pression d'hydrogène ( pH2) est donnée par la relation suivante : ng = a + pT +ypH2 +si +ri Tl + 7-p1.12 + ppH2j (7) 10 15 nH20 ng - nH' Dans les conditions de fonctionnement décrites ci-dessus, c'est-à-dire à température constante et à courant constant, en présence de cellules électrochimiques de même surface et donc à densité de courant constante, toute évolution de la grandeur ng est dépendante uniquement de celle de la pression dans le dispositif de compression. Les modèles sur l'évolution de la grandeur ng montrent qu'elle décroit linéairement lorsque la pression augmente. Or, le long d'un compresseur électrochimique à plusieurs étages, la pression 10 d'hydrogène augmente et impose un besoin de moins en moins important d'eau pour l'humidification de l'hydrogène, nécessaire au transport des protons au sein de la membrane ionomérique, par exemple en Nafion®. Par conséquent, l'excédent d'eau entre 2 étages consécutifs, dû à la différence de 15 pression d'hydrogène, s'accumule avec un flux constant et constitue une barrière à l'accessibilité de l'hydrogène aux sites réactifs (situés à l'interface électrodes/membrane) et est responsable du noyage des compartiments anodiques des cellules électrochimiques. 20 Ainsi, l'utilisation de ces différents dispositifs de compression électrochimique en configuration de cellules disposées en série se heurte à des problèmes de gestion de l'eau lors de leur fonctionnement. Comme déjà dit, l'accumulation d'eau sous forme liquide entre les différents étages de 25 compression conduit au noyage du compartiment anodique et conditionne le fonctionnement des compresseurs d'hydrogène. Ainsi, cette accumulation d'eau constitue une barrière à l'hydrogène pour accéder à l'interface électrodes/membrane, ce qui impose une purge régulière des compartiments dans lesquels l'eau s'accumule. 30 Il existe donc un besoin évident de mettre au point un dispositif de compression électrochimique de l'hydrogène permettant d'éviter l'accumulation de l'eau. EXPOSE DE L'INVENTION L'objet de la présente invention est de proposer un dispositif formant un compresseur électrochimique à plusieurs étages, apte à pressuriser de l'hydrogène s'écoulant à travers ce dispositif. Ce compresseur comprend une pluralité d'assemblages membrane- électrodes (AME) reliés en série les uns aux autres, chaque assemblage membrane-électrodes formant une cellule électrochimique. Le compresseur est structuré de telle manière que l'aire de la surface des cellules électrochimiques soit décroissante suivant le flux d'hydrogène à travers le compresseur. En adaptant ainsi la géométrie des surfaces des cellules électrochimiques d'un compresseur, il est possible de résoudre le problème d'accumulation d'eau aux anodes des cellules électrochimiques dudit compresseur. Il a été en effet constaté que, à mesure que la pression d'hydrogène augmente dans un compresseur, la quantité d'eau nécessaire pour assurer les réactions électrochimiques diminue. Or, une accumulation d'eau nuit au passage de l'hydrogène à travers les membranes des cellules électrochimiques en bloquant l'accès aux électrodes et en exerçant une pression sur les membranes. Selon l'invention, la diminution de l'aire des surfaces des cellules électrochimiques a pour conséquence une répartition sur une surface plus petite du courant constant appliqué aux cellules. Ceci résulte en une augmentation de la densité de courant appliquée aux électrodes des cellules électrochimiques suivant le flux d'hydrogène dans le compresseur. En augmentant la densité de courant appliquée, il devient possible de compenser l'effet d'une augmentation de la pression d'hydrogène sur le rapport ng défini ci-avant. Un dispositif selon l'invention est apte à purifier et/ou à pressuriser de l'hydrogène. Il peut donc être utilisé en relation avec de l'hydrogène pur ou avec un mélange gazeux 30 contenant de l'hydrogène, notamment issu du vaporeformage. Comme déjà dit, ce dispositif comprend une pluralité d'assemblages membrane-électrodes (AME) reliés en série les uns aux autres, chaque assemblage membrane-électrodes formant une cellule électrochimique. De manière connue, un tel dispositif est appelé compresseur à plusieurs étages. En d'autres termes, il comprend au moins deux AME, la cathode du premier AMIE étant disposée en série avec l'anode du second AMIE. Le premier AMIE est celui disposé au niveau de l'entrée du flux gazeux qui arrive donc à l'anode du premier AMIE, tandis que le second AMIE est celui disposé au niveau de la sortie de l'hydrogène pressurisé, recueilli au niveau de la cathode du second AME. Dans le cadre de l'invention, le fait que les AME soient reliés en série permet donc d'assurer le long du compresseur, d'une cellule électrochimique à la suivante, le passage du flux gazeux et du flux de courant. En d'autres termes, le dispositif formant un compresseur électrochimique à plusieurs étages, est apte à pressuriser de l'hydrogène s'écoulant à travers ce dispositif. Il comprend : une entrée et une sortie d'hydrogène ; n assemblages membrane-électrodes (AME), avec n étant un nombre entier égal ou supérieur à 2 ; lesdits AME étant agencés de sorte à être traversés par un flux d'hydrogène, et étant connectés en série les uns aux autres et électriquement isolées les uns des autres ; chacun des AME comprenant une surface active apte à assurer les réactions d'oxydo-réduction de l'hydrogène ; les AME présentant des surfaces actives distinctes les unes des autres, et décroissant selon la direction de circulation de l'hydrogène. Dans ce dispositif, chacun des AME est avantageusement destiné à être relié à une source externe de courant électrique unique. Lors de la mise en oeuvre du dispositif, chaque AME peut cependant être connecté à une source distincte de courant électrique. La surface active des cellules électrochimiques du dispositif décroit dans le sens de circulation de l'hydrogène. En d'autres termes, l'AME de la nième cellule électrochimique présente une surface active supérieure à celle de l'AME de la n+1 cellule électrochimique positionnée en aval de la nième cellule électrochimique. En outre, l'entrée d'hydrogène est de préférence au niveau du compartiment anodique du premier AME, alors que la sortie d'hydrogène est de préférence au niveau du compartiment cathodique du dernier AME. De manière classique, un AME comprend une membrane conductrice protonique constituée d'un matériau, requérant avantageusement la présence d'eau pour le transport des protons. Selon un mode de réalisation particulier, la membrane est constituée d'un ionomère de 10 type PFSA (Acide PerFluoroSulfonique) tel que le Nafion® ou l'Aquivion . Toutefois, d'autres matériaux peuvent être utilisés pour servir à la fabrication d'une membrane échangeuses de protons. Ainsi, il peut également s'agir : - de polyéthercétones sulfonées (sPEEK), tels que décrits par K.D. Kreuer (Journal of Membrane Science 185 (2001) 29-39) ; 15 - de polybenzimidazole (PBI) ou d'acide polystyrène sulfonique (PSSA), tel que décrits par Pivovar et al. (Journal of The Electrochemical Society, 152 (1) A53-A60 (2005)). Le transport des molécules d'eau (coefficient d'électroosmose) au sein des matériaux 20 diffère selon la nature des matériaux utilisés. Il est généralement déterminé expérimentalement et permet d'établir des lois empiriques d'évolution en fonction des paramètres expérimentaux, notamment la température et la pression. De manière classique, la membrane sépare les deux électrodes, l'anode et la cathode 25 respectivement. Avantageusement, la membrane est en contact direct avec les électrodes. Selon un mode de réalisation particulier, la membrane sert de support aux électrodes et présente donc une aire supérieure ou égale à celle des électrodes. De manière appropriée, les électrodes comprennent un catalyseur des réactions 30 électrochimiques décrites ci-dessus, avantageusement du platine ou un alliage de platine, supporté par du carbone. Les électrodes peuvent également contenir un ionomère, avantageusement de même nature que celui constitutif de la membrane. Dans le cadre de l'invention et de manière avantageuse, l'aire de la surface des cellules électrochimiques est définie comme l'aire utile aux réactions électrochimiques (surface active de l'AME). Encore plus avantageusement, il s'agit de la surface commune aux deux électrodes et à la membrane. Ladite surface permet notamment le passage du courant et du flux gazeux. En d'autres termes, cette aire correspond à celle de la surface connectée électriquement et en contact avec le flux gazeux (en particulier l'hydrogène) au niveau de chaque cellule électrochimique. Selon un mode de réalisation particulier, les électrodes et la membrane présentent les 10 mêmes dimensions et donc une surface de même aire, avantageusement superposée. Selon un autre mode de réalisation, les deux électrodes anode et cathode présentent des mêmes dimensions et donc une surface de même aire, possiblement inférieure à celle de la membrane. 15 De manière caractéristique selon l'invention, le premier AMIE présente une aire de surface supérieure à celle du second AME. Plus généralement et en considérant une succession d'AME disposés en série, la nième (n) AMIE présente une aire de surface supérieure à celle de l'AME suivant (n+1). 20 Selon un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, l'espacement entre cellules électrochimiques adjacentes est constant suivant le flux d'hydrogène à travers le dispositif. En raison de la décroissance de l'aire de la surface entre deux cellules électrochimiques successives, le volume du compartiment délimité par ces deux cellules 25 électrochimiques successives est avantageusement décroissant suivant le flux d'hydrogène à travers le dispositif. En maintenant constant l'espacement entre les cellules électrochimiques du compresseur, tout en réduisant l'aire de la surface des cellules électrochimiques suivant 30 le flux d'hydrogène dans le compresseur, le volume délimité par les parois du compresseur et deux cellules électrochimiques voisines est réduit. Ceci procure un second avantage lié à la géométrie originale de l'invention, qui consiste à augmenter la pression d'hydrogène sans appliquer d'énergie électrique supplémentaire. Ceci contribue à rendre le compresseur électrochimique de l'invention plus économe en énergie. Selon un autre mode de réalisation, l'espacement entre cellules électrochimiques adjacentes du dispositif formant un compresseur électrochimique à plusieurs étages varie suivant le flux d'hydrogène à travers le compresseur. Notamment, l'espacement entre cellules électrochimiques adjacentes du dispositif formant un compresseur électrochimique à plusieurs étages diminue suivant le flux d'hydrogène à travers le compresseur. Une diminution de l'espacement entre cellules électrochimiques voisines permet de profiter davantage du gain en pression d'hydrogène lié uniquement à la géométrie du dispositif. Selon un mode de réalisation particulier, l'aire de la surface (S.) d'une nième cellule électrochimique (n étant un nombre entier) dans le compresseur comprenant une pluralité de cellules est déterminée par la relation suivante : S S1x /1S2xj2 n in Jn dans laquelle, (Si) et (S2) représentent l'aire de la surface de la première et la deuxième cellule électrochimique respectivement, et (ji), (j2) et (je) représentent la densité de courant traversant respectivement la première, la deuxième et la nième cellule électrochimique. De manière encore plus avantageuse, ladite densité de courant (je) est définie par la relation suivante : ng - + 131)- (y + T)19/11, +rill+ ppçi, dans laquelle : ng représente le ratio entre le nombre de moles d'eau entourant les protons et le nombre de moles des protons traversant la cellule électrochimique et dépend de la nature de la membrane utilisée dans la cellule électrochimique ; - (a), (13), (y) , (8), , G) et (.i) sont des constantes, avantageusement déterminées de manière empirique pour le matériau considéré (membrane utilisée) ; - (T) représente la température de fonctionnement du dispositif et est avantageusement constante ; - ( p ) représente la pression partielle en hydrogène en sortie de la nième cellule électrochimique. La dépendance du paramètre ng en fonction de la pression et de la densité de courant indique ici que l'augmentation de la densité de courant permet d'augmenter ng tandis que l'augmentation de la pression diminue ng. Ainsi, grâce aux relations décrites ci- avant, il est possible de quantifier les variations de ng et adapter la géométrie du dispositif en conséquence. Selon un mode particulier de réalisation, notamment à courant appliqué à chaque cellule électrochimique constant et identique pour toutes les cellules électrochimiques, les aires des surfaces des cellules électrochimiques sont choisies de manière à garantir une valeur constante de la grandeur ng le long du dispositif, et en l'occurrence le long des étages de compression. Pour rappel, ng correspondant au rapport entre le nombre de moles m d'eau constituant le cortège entourant les protons d'une part, et le nombre de moles n de protons traversant la membrane d'une cellule électrochimique d'autre part lors des réactions d' oxydo-réduction de l'hydrogène. Pour ce faire, les aires des surfaces des cellules électrochimiques sont choisies pour que les variations de densité de courant compensent les variations de pression le long du compresseur. Selon un autre aspect, l'invention vise un procédé de compression électrochimique de l'hydrogène ou d'un mélange gazeux contenant de l'hydrogène basé sur l'utilisation d'un dispositif comprenant une pluralité d'assemblages membrane-électrodes (AM_E) reliés en série les uns aux autres, chaque assemblage membrane-électrodes formant une cellule électrochimique, en particulier un dispositif tel que décrit ci-dessus.30 Un tel procédé comporte les étapes suivantes : application d'un courant électrique constant à chaque cellule électrochimique d'un ensemble de cellules électrochimiques reliées en série, l'intensité dudit courant électrique étant la même pour chaque cellule électrochimique, injection d'un mélange gazeux comprenant de l'hydrogène dans un premier compartiment anodique, avantageusement dans le comportement anodique de la première cellule électrochimique de l'ensemble des cellules ; traversée, par l'hydrogène, d'une succession de cellules électrochimiques soumises à des densités de courant successivement croissantes. La densité de courant est définie par la formule mentionnée ci-dessus. Dans ce procédé, le ratio ng est avantageusement constant tout au long du dispositif Dans ce procédé, la température est avantageusement maintenue constante. De manière encore plus avantageuse, elle correspond à la température optimale de la membrane mise en oeuvre dans les cellules électrochimiques. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES D'autres buts et aspects avantageux de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée à titre indicatif et nullement limitatif à l'appui des figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 représente le principe de la purification et de la compression d'hydrogène à travers une cellule électrochimique. - la figure 2 représente un compresseur d'hydrogène à travers un empilement à étages de cellules électrochimiques présentant des surfaces d'aire identique. - la figure 3 représente un dispositif selon l'invention, c'est-à-dire un empilement à étages de cellules électrochimiques présentant des surfaces d'aire décroissante dans le sens du flux d'hydrogène et d'eau. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Il va à présent être décrit un dispositif permettant de résoudre le problème d'accumulation d'eau au niveau des électrodes et membranes des cellules électrochimiques d'un compresseur, tout en réduisant l'énergie électrique nécessaire pour obtenir de l'hydrogène comprimé. La figure 1 décrit le principe de fonctionnement d'un compresseur électrochimique d'hydrogène. La cellule électrochimique, est constituée d'un assemblage membrane/électrodes, dans laquelle la et le sont respectivement les compartiments anodique et cathodique ; 2a et 2c sont des couches de de diffusion, généralement en matériau carboné poreux ; 3a et 3c sont respectivement les électrodes d'anode et de cathode ; et, 4 est la membrane échangeuse de protons de résistance (Rm). À une température optimale de la membrane (T), un courant constant (I) correspond à un flux constant du nombre de moles de protons H+, imposé par une surtension électrique AV. Dans le cas d'une purification avec compression, lorsqu'un flux d'hydrogène et d'eau traverse une cellule électrochimique, la pression en hydrogène en sortie de cathode (pH z) est supérieure à la pression en hydrogène à l'anode (19;12). Ainsi la surtension électrique nécessaire pour amorcer la réaction est définie par la formule suivante : AV = A + A V, , dans laquelle 3,1/, = RT In Phi2 , 2F p Ha 2 La grandeur ng, correspondant au ratio entre le nombre (m) de moles d'eau constituant le cortège entourant les protons et le nombre (n) de moles de protons traversant la membrane, dépend des conditions opératoires de fonctionnement, c'est-à-dire de la température, la densité de courant et la pression partielle d'hydrogène, soit : ng = -m = f(T, j, pcH2) . On peut donc prédire que le ratio (ng) diminue lorsque la pression partielle en hydrogène à la cathode (pk ) augmente, et donc que le nombre de moles de protons traversant la membrane augmente. La figure 2 illustre un compresseur comprenant k cellules électrochimiques (AMEs) de surfaces de même aire. Dans ce type de compresseur à plusieurs étages, on observe une croissance de la pression partielle en hydrogène le long des étages de compression. Ainsi, p1 Dans le but d'améliorer la gestion de l'eau dans les compresseurs électrochimiques à plusieurs étages de compression, il est proposé de modifier la densité de courant le long des étages de compression. Ainsi l'évolution de la grandeur ng dépendra de deux paramètres à savoir la pression et la densité de courant. L'effet de la pression sur la grandeur ng sera contrebalancé par celui de la densité de courant de façon à maintenir la grandeur ng constante le long du compresseur, ce qui permettra d'éviter toute accumulation d'eau entre deux étages consécutifs. Des différents modèles tirés de la littérature, on note une croissance de la grandeur ng dans le même sens que celle de la densité de courant. Cela suggère que pour compenser la diminution de la grandeur ng due à l'effet de la pression, il est nécessaire d'augmenter la densité de courant.30 A cet effet, l'invention propose une diminution de l'aire de la surface des cellules électrochimiques le long du compresseur qui permet cette augmentation à courant constant (Figure 3). Le rapport de réduction entre les surfaces de deux cellules électrochimiques consécutives dépend des conditions opératoires optimales souhaitées. La présente invention fournit un moyen de calculer les surfaces des cellules électrochimiques (S) constituant le compresseur à plusieurs étages. L'expression de la grandeur ng en fonction des paramètres température (T), densité de courant (j) et pression d'hydrogène ( ) est donnée par la relation suivante : ng = a + pT + ypH2 +riTi -FTPH2 PPH2i - L'objectif est de maintenir un flux d'eau constant le long du compresseur électrochimique à température et à courant constants, ce qui permet d'obtenir une dépendance exclusivement entre la pression d'hydrogène et la densité de courant. La relation peut se réécrire de la façon suivante : ng =(a+ p7-)+ (y +7-)pki2 + + nT» + PPH2i - A une température donnée, la grandeur ng est connue ou peut être déterminée expérimentalement. On peut donc pour chaque valeur ng donnée établir la relation entre la densité de courant et la pression d'hydrogène, soit la relation suivante : ng - + pT)- (y + MPH2 (5 +7771+ I1PH2 En connaissant la valeur de la pression, il est donc possible d'en déduire la densité de courant adaptée et, dans le cas d'un fonctionnement à courant constant, l'aire de la surface adaptée. D'autre part, l'espacement entre les assemblages membrane électrode dans le compresseur permet d'ajuster la pression d'hydrogène entre deux cellules électrochimiques voisines. Ainsi, en gardant un espacement constant entre cellules électrochimiques adjacentes (tel que cela est représenté sur les figures 2 et 3), le volume du compartiment délimité par deux cellules électrochimiques successives diminue le long du flux d'hydrogène dans le compresseur. On obtient ainsi une augmentation supplémentaire de la pression sans fournir d'énergie électrique supplémentaire. La surtension électrique AV nécessaire pour amorcer les réactions électrochimiques s'écrit alors en fonction des pressions d'hydrogène /II, à l'étage I et /11±21 à l'étage I+1 et les volumes VI et T71+1 des compartiments délimités respectivement par les cellules I et I+1 d'une part et les cellules I+1 et 1+2 d'autre part, sous la forme : pI+1 4T7 =Riln H2 RT1n vi pI ' H2 VIA Dans cette expression, le second terme représente un gain d'énergie électrique dû à la diminution du volume des compartiments délimités par les cellules électrochimiques I et I+1 d'une part et les cellules I+1 et 1+2 d'autre part. De cette manière, il est possible d'adapter l'espacement entre les électrodes de manière à optimiser le gain d'énergie électrique dû à la diminution du volume des compartiments délimités par deux cellules électrochimiques successives suivant le flux d'hydrogène dans le compresseur. Non seulement ce gain est intéressant lorsque l'espacement entre cellules électrochimiques successives est maintenu constant, mais il peut par ailleurs être optimisé en réduisant d'avantage l'espacement entre cellules électrochimiques adjacentes. La connaissance des variations du paramètre ng en fonction de la pression d'hydrogène et de la densité de courant permet d'adapter la géométrie d'un compresseur électrochimique afin de résoudre le problème d'accumulation d'eau sur les anodes des cellules électrochimiques et d'obtenir un gain sur l'énergie électrique nécessaire pour amorcer les réactions électrochimiques. EXEMPLE DE REALISATION Dans cet exemple, les cellules électrochimiques qui composent le compresseur électrochimique sont soumises aux mêmes contraintes mécaniques. Par conséquent, la même différence de pression d'hydrogène est imposée au niveau des différentes cellules électrochimiques. Cette différence de pression est choisie en fonction de l'épaisseur et des propriétés mécaniques de la membrane échangeuse de protons. Dans cet exemple, la membrane échangeuse de protons est constituée de Nafion . Ainsi, la température de fonctionnement du compresseur est choisie en fonction de la température optimale de ce matériau, égale à 80°C. Le compresseur fonctionne à température constante. A titre d'exemple, l'invention permet de calculer les surfaces (S) de chaque cellule électrochimique pour un compresseur à quatre étages, composé de cinq cellules électrochimiques, la surface de la première cellule étant imposée. Dans cet exemple et pour chaque cellule, la surface des deux électrodes est égale à la surface de la membrane. En outre, cette surface correspond à la surface utile, c'est-à-dire à la surface sur laquelle les réactions électrochimiques peuvent avoir lieu (en contact avec le flux gazeux, notamment d'hydrogène et le courant). Selon l'invention et comme déjà dit, un courant constant est imposé, en l'occurrence égale à 100A. La surface du premier assemblage membrane/électrodes (AME) So est fixée à 100 cm2. 30 Au vu du courant (I) constant de 200 A imposé, ceci correspond à une densité de courant (jo) égale à 2 A/cm2. Le premier assemblage membrane/électrodes (AME) So est soumis à une différence de pression nulle et la pression d'entrée d'hydrogène dans le compresseur électrochimique est la pression atmosphérique (1 bar). 25 Chaque assemblage membrane/électrodes (AME) est soumis à une différence de pression de l'ordre de 5 bars. Des données issues de la littérature permettent d'établir la relation ci-dessous entre la densité de courant et la pression d'hydrogène (P. Medina, M. Santarelli, International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 5173 - 5186) : ng = + p71+ (y + 7-)pki2 + +777-» + /IP H2.i - avec a=2,27 ; 13=0,003 ; y=-0,02 ; 8=-0,70 ; i=0,005 ; =-0,0002 et 1.1=0,02 et avec T exprimé en °C, P en bars et j en A/cm2. Pour le Nafion parfaitement hydraté à 40°C et à pression atmosphérique (1 bar, 101 1(13a), sous une densité de courant de 200 A/cm2, la valeur de ng égale à 1,39. Avec cette même relation, et en maintenant ng et la température constants tout le long des différentes étages du compresseur, nous pouvons exprimer la densité de courant en fonction de de P : ng - + pT) - (y + 7-)PH2 (6 +riT)+ /IP H2 -1+ 0,028pH, = - 0.5 + 0,02pH, Le courant I traversant tous les AMIE étant constant, alors Sn x jn = constante. Par consequent, So xjo = Sl xji = S2 Xj2= 53 X i3 = 54X i4 25 à p(fli) = 6 bars, ji vaut 2,15 A/cm2 d'où Si = 93 cm2 ; à e= 11 bars, j2 vaut 2,40 A/cm2 d'où S2 = 83 cm2 ; = 16 bars, j3 vaut 2,90 A/cm2 d'où S3 = 69 cm2 ; 20 REVENDICATIONS1. Dispositif formant un compresseur électrochimique à plusieurs étages, apte à pressuriser de l'hydrogène s'écoulant à travers ce dispositif, ledit dispositif comprenant : - une entrée et une sortie d'hydrogène ; - au moins deux assemblages membrane-électrodes (AME), chaque assemblage membrane-électrodes formant une cellule électrochimique ; lesdits AME étant agencés de sorte à être traversés par un flux d'hydrogène, et étant connectés en série les uns aux autres et électriquement isolées les uns des autres ; chacun des AME comprenant une surface active apte à assurer les réactions d' oxydo-réduction de l'hydrogène ; les AME présentant des surfaces actives distinctes les unes des autres, et décroissant selon la direction de circulation de l'hydrogène. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espacement entre cellules électrochimiques adjacentes est constant suivant le flux d'hydrogène à travers le compresseur, et en ce que le volume du compartiment délimité par deux cellules électrochimiques successives est décroissant suivant la direction de circulation de l'hydrogène à travers le compresseur. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espacement entre cellules électrochimiques adjacentes diminue suivant la direction de circulation de l'hydrogène à travers le compresseur. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de cellules électrochimiques, l'aire de la surface active (S.) d'une nième cellule électrochimique dans le compresseur étant déterminée par la relation suivante : s _Six ji _S2x j2 n Jn in dans laquelle, (Si) et (S2) représentent l'aire de la surface de la première et la deuxième cellule électrochimique respectivement, et (ji), (j2) et (je) représententla densité de courant traversant respectivement la première, la deuxième et la nième cellule électrochimique. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface active de chaque cellule électrochimique, assurant les réactions d'oxydo-réduction de l'hydrogène, est choisie de manière à garantir une valeur constante, pour chaque cellule, du rapport ng entre le nombre de moles m d'eau constituant le cortège entourant les protons d'une part, et le nombre de moles n de protons traversant la membrane de la cellule d'autre part. 6. Procédé de compression électrochimique de l'hydrogène, susceptible d'être mis en oeuvre à l'aide du dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, comportant les étapes suivantes : - application d'un courant électrique constant à chaque cellule électrochimique d'un ensemble de cellules électrochimiques reliées en série, l'intensité dudit courant électrique étant la même pour chaque cellule électrochimique ; - injection d'un mélange gazeux comprenant de l'hydrogène dans un premier compartiment anodique ; - traversée, par l'hydrogène, d'une succession de cellules électrochimiques soumises à des densités de courant successivement croissantes. 7. Procédé de compression électrochimique d'hydrogène, selon la revendication 6, caractérisé en ce que la densité de courant jn est définie par la relation suivante : ng - + PT) - (y + Mp'11, ln = (15 + T) + ppçi, dans laquelle : - ng représente le ratio entre le nombre de moles d'eau entourant les protons et le nombre de moles des protons traversant la cellule électrochimique ; - a, 13, y, Ô, rl, et p. sont des constantes ; - T représente la température de fonctionnement du dispositif ; et - pH", représente la pression partielle en hydrogène en sortie de la nième cellule électrochimique.