INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Optimisation : tous les algorithmes cités précédemment possèdent des hyperparamètres. Ce sont des paramètres choisis à l’avance qui influencent l’entraînement et donc la précision des prédictions. Le choix des hyperparamètres peut faire l’objet d’une optimisation à l’aide de méthodes connues comme une recherche exhaustive (en anglais, « grid search »), ou aléatoire (en anglais, « randomized search ») et qui ne seront pas décrites ici.
Traitement de la sortie : comme mentionné précédemment, la table de données d’entrée comportait des valeurs inconnues qui ont été mises à 0. On traite donc les données de sortie du modèle en forçant à 0 les prédictions obtenues pour des cellules correspondant à des fréquences inexistantes parmi les sites de l’ensemble d’apprentissage.
Évaluation du modèle de prédiction basé sur une erreur
À partir des données X_TST, Y_TST de test, le modèle de prédiction MOD peut être évalué en 38, par exemple sur la base de : - l’évaluation de l’erreur de prédiction en sortie du module d’intelligence artificielle, ou - l’évaluation de l’erreur de prédiction sur un classement des sites en fonction du taux de croissance estimé, lorsque le procédé d’évaluation est appliqué à l’arbitrage entre plusieurs configurations candidates.
Évaluation de l’erreur de prédiction en sortie du modèle de prédiction MOD :
Une métrique classique pour un problème de régression est l’erreur quadratique moyenne RMSE (en anglais, « Root Mean Squared Error « ):
RMSE = (eq. 3)
où n est le nombre de sites/secteurs prédits, ŷi la i-ème prédiction et yi la valeur réelle.
L’erreur RMSE est exprimée dans la même unité que la valeur à prédire. On note cependant que cette erreur est fonction d’une différence absolue. Elle n’est donc pas très bien adaptée à notre problème comportant des données d’échelles très variables.
Une autre métrique à considérer est donc l’erreur SMAPE (de l’anglais, « Symetric Mean Absolute Percentage Error »), basée sur des différences relatives (pourcentages) :
Cette métrique normalise l’erreur entre 0 et 1.
Le matériau de la couche continue inférieure d’isolation et le matériau de la couche continue intermédiaire d’isolation peuvent présenter un niveau de dopage inférieur à une valeur minimale prédéfinie à partir de laquelle ils peuvent être porosifiés compte tenu de la valeur prédéterminée de la tension électrique appliquée lors de l’étape de porosification.
Le procédé de fabrication peut comporter les étapes suivantes : à la suite de l’étape de porosification, retrait des électrodes, puis dépôt conforme d’une couche mince isolante recouvrant les mésas ; dépôt d’une couche épaisse de remplissage, remplissant les espaces entre les mésas, et amincissement de la couche épaisse de remplissage de manière à rendre libre une portion supérieure de la couche mince isolante recouvrant une surface supérieure des mésas M (i) ; gravure sélective de la portion supérieure de la couche mince isolante, de manière sélective aux mésas M (i) , rendant libre la surface supérieure de celles-ci.
L’empilement cristallin peut comprendre une couche continue de reprise d’épitaxie à base d’InGaN, reposant sur une couche continue dopée supérieure parmi les N couches continues dopées.
Après l’étape de porosification, une couche de reprise d’épitaxie à base d’InGaN peut être réalisée sur une couche dopée supérieure parmi les N couches dopées de chaque mésa M (i) .
L’invention porte également sur un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique selon l’une quelconques des caractéristiques précédentes, comportant les étapes suivantes : fabrication du substrat de croissance par le procédé selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes ; puis réalisation d’une matrice de diodes D (i) par épitaxie à partir des mésas M (i) du substrat de croissance, les diodes étant alors adaptées à émettre ou à détecter un rayonnement lumineux à différentes longueurs d’onde, la longueur d’onde étant différente d’une catégorie de mésas M (i) à l’autre.
D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, d’un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation, comportant un substrat de croissance et une matrice de diodes ;
la est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, d’un substrat de croissance selon une première variante de réalisation ;
la est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, d’un substrat de croissance selon une deuxième variante de réalisation ;
la illustre un exemple de relation entre le niveau de dopage d’une couche cristalline dopée en fonction de la tension électrique appliquée, mettant en évidence le domaine d'existence de la porosification électrochimique ;
les figures 3A à 3C sont des vues schématiques et partielles, en vue de dessus ( ), en coupe transversale ( ), et en perspective ( ) d’un substrat de croissance selon une variante de réalisation ;
les figures 4A et 4B sont des vues schématiques et partielles, en coupe transversale ( ) et en perspective ( ), d’un substrat de croissance selon une autre variante de réalisation ;
les figures 5A à 5H illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique comportant un substrat de croissance similaire à celui de la , où la couche de reprise d’épitaxie est réalisée avant l’étape de porosification électrochimique ;
les figures 6A à 6D illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique comportant un substrat de croissance similaire à celui de la , où la couche de reprise d’épitaxie est réalisée après l’étape de porosification électrochimique.
Etat de la technique Une pile à combustible est constituée d'un empilement de plaques formant un "stack", comprenant plusieurs cellules connectées en série et/ou parallèle et deux plaques terminales appliquées de part et d'autre des cellules.
La cellule d'une pile à combustible est un générateur dans lequel la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode (anode) d'un combustible réducteur, par exemple le dihydrogène, couplée à la réduction sur l'autre électrode (cathode) d'un oxydant, tel que le dioxygène de l'air. La réaction d'oxydation de l'hydrogène est accélérée par un catalyseur qui est généralement du platine. Si d'autres combinaisons sont possibles, la pile la plus couramment étudiée et utilisée est la pile dihydrogène-dioxygène ou dihydrogène-air (ceci s'expliquant notamment par l'abondance des ressources en hydrogène sur Terre et la facilité de production du dihydrogène).
Chaque cellule est composée d'une paire de plaques, dites plaques bipolaires, et d'une membrane intercalée entre les deux plaques. Les cellules sont empilées pour former une pile à combustible de la capacité souhaitée.
Le potentiel électrique d’une paire de plaques bipolaires est typiquement compris entre 0,6 V et 1,2 V pour une pile en fonctionnement normal.
La pile à combustible la plus connue et la plus couramment utilisée est de type PEM (pour "Polymer Exchange Membrane"). Elle fonctionne avec de l’hydrogène et transforme l’énergie chimique, libérée par la réaction entre de l’hydrogène (H 2 ) et de l’oxygène (O 2 ), en énergie électrique (électrons e-), formant ainsi des molécules d’eau (H 2 O).
Pour l’assemblage et le fonctionnement d’une pile à combustible de type PEM, il est nécessaire de maintenir en position et sous certaines contraintes l'empilement de plaques. La multitude de matériaux et de fluides utilisés engendrent des dilatations différentielles importantes dues à des variations thermiques et hygrométriques. L’utilisation de joints entre chaque plaque, et entre les plaques et les membranes, assure l’étanchéité de l’empilement.
Cette étanchéité est assurée par une compression homogène de l'empilement.
Pour comprimer l'empilement et assurer l'étanchéité de l'ensemble, il est connu d'utiliser un dispositif de compression. Différentes solutions ont déjà été proposées dans l'état de la technique. La demande de brevet US2011/244355A1 décrit par exemple l'utilisation d'un capot métallique venant enserrer l'empilement. La demande de brevet CN214378524 décrit l'utilisation de bandes métalliques s'étendant latéralement sur la hauteur de l'empilement et venant se fixer aux deux plaques terminales. Le brevet US8257879B2 décrit pour sa part l'utilisation de plusieurs straps complétés par des plaques métalliques.
Les solutions antérieures sont souvent encombrantes, lourdes et pas toujours faciles à installer, nécessitant un outillage. Le niveau de compression n'est pas toujours facilement ajustable.
Le but de l'invention est de proposer une pile à combustible dotée d'un dispositif de compression qui soit : Facile à installer ; Fiable pour obtenir une compression de l'empilement adaptée ; D'une résistance mécanique élevée pour supporter toute déformation ; Peu dégradable au cours du temps ; Avantageusement électriquement isolant ; Peu encombrant, vis-à-vis de l’extérieur de la pile, et permettant également d'aménager des circuits fluidiques sur les plaques terminales ;
Selon une première réalisation, ce but est atteint par une pile à combustible comprenant un corps réalisé sous la forme d'un empilement de plaques selon une direction d'empilement, comprenant plusieurs cellules et une première plaque terminale et une deuxième plaque terminale appliquées de part et d'autre des cellules, et un dispositif de compression agencé pour comprimer les cellules empilées entre les deux plaques terminales, ledit dispositif de compression comportant au moins un lien formé d'une boucle de matériau souple enroulé autour dudit empilement, ladite boucle comprenant une portion intermédiaire composée de deux brins et deux portions d'extrémité, formant un premier coude d'attache et un deuxième coude d'attache, la première plaque terminale comportant un premier organe d'accroche sur lequel vient s'accrocher ledit premier coude d'attache et un deuxième organe d'accroche sur lequel vient s'accrocher ledit deuxième coude d'attache.
Selon un mode de réalisation, le premier organe d'accroche et le deuxième organe d'accroche sont chacun formés d'une gorge réalisée dans la première plaque terminale.
Selon un autre mode de réalisation, le premier organe d'accroche et le deuxième organe d'accroche réalisés sur la première plaque terminale sont chacun formés d'un évidement complété par un insert amovible de blocage.
Selon une particularité de cette première réalisation, la deuxième plaque terminale comporte au moins deux gorges agencées en parallèle, recevant les deux brins de la portion intermédiaire.
Selon une autre particularité de cette première réalisation, ledit au moins un lien est réalisé dans un matériau textile, métallique ou composite.
Selon une autre particularité de cette première réalisation, ledit au moins un lien présente une section transversale circulaire.
Chaque compartiment réactif comprend également généralement une couche de diffusion de gaz, située entre le séparateur bipolaire et la couche catalytique, permettant une bonne circulation du carburant ou du comburant depuis le séparateur jusqu’à la couche catalytique.
Lorsque la pile à combustible est en fonctionnement, la réaction électrochimique crée une différence de potentiel électrique entre les deux séparateurs de chaque cellule unitaire. La pile à combustible comprend ainsi un dispositif d’isolation électrique, prévu pour éviter tout contact électrique entre deux séparateurs bipolaires voisins et entre chaque cellule et le milieu extérieur, ainsi qu’un dispositif d’étanchéité pour éviter les fuites des fluides de fonctionnement, notamment pour éviter que le fluide circulant dans un compartiment réactif ne contamine un compartiment réactif voisin.
La différence de potentiel électrique entre les deux séparateurs de chaque cellule unitaire crée une tension aux bornes de chaque cellule, désignée en tant que « tension de cellule ». Toutes les cellules de la pile à combustible sont électriquement reliées entre elles en série, de sorte que la tension délivrée aux bornes de la pile à combustible est égale à la somme de la tension de cellule de l’ensemble des cellules unitaires.
Une pile à combustible PEMFC nécessite une procédure d’activation, ou procédure de rodage, lors de sa première utilisation après fabrication et avant sa mise en service. Cette procédure de rodage vise à augmenter et stabiliser les performances de la pile à combustible, en modifiant les propriétés physico-chimiques des cellules unitaires de la pile à combustible.
En particulier, les objectifs principaux de la procédure de rodage sont d’assurer une hydratation optimale de la membrane, de désorber des polluants présents dans les couches catalytiques anodique et cathodique, et d’activer les couches catalytiques anodique et cathodique, cette activation correspondant à des changements morphologiques au sein de l’assemblage membrane-électrode, et notamment à une évolution de la porosité des couches catalytiques et à un nettoyage des couches catalytiques.
Généralement, la procédure de rodage d’une pile à combustible se déroule sur un banc d’activation, où la pile à combustible est connectée à une charge et alimentée en réactifs. Le procédé de rodage consiste à adapter la charge et le débit de réactifs de façon à maintenir un profil de tension ou de courant prédéterminé. Durant le rodage, les performances de la pile à combustible augmentent graduellement jusqu’à se stabiliser et atteindre un critère d’arrêt de la procédure d’activation. Lorsqu’il est atteint, la pile à combustible est considérée comme étant rodée. Le critère d'arrêt peut être un certain niveau de performances atteint, notamment en termes de rendement exprimé par exemple en fonction de l’énergie électrique délivrée par la pile par unité massique d’hydrogène consommé, ou encore une stabilisation de performance entre deux mesures, ou les deux. Un critère d'arrêt existant consiste tout simplement à arrêter le rodage après une certaine durée prédéterminée. Ce type de critère est le moins précis de tous. Par exemple, le critère d’arrêt est défini comme étant une différence entre la tension à un instant t et la tension à un instant t+1 , à densité de courant produit par la pile à combustible constante déterminée, devant être inférieure à un certain seuil.
Le plus souvent, un tel procédé de rodage consiste à maintenir une tension constante aux bornes de la pile à combustible, ou bien à maintenir une densité de courant produit par la pile à combustible constante, pendant une durée prédéterminée, puis à mesurer la tension et le courant aux bornes de la pile à combustible à l’issue de cette durée. Ce cycle est ainsi répété jusqu’à atteindre le critère d’arrêt.
Un tel procédé de rodage est généralement long, pouvant durer plusieurs heures, et consomme une quantité non négligeable d’hydrogène, notamment plusieurs kilogrammes d’hydrogène pour une pile à combustible dont la puissance maximale est de 10 kW ou plus. Ces deux inconvénients entraînent un coût élevé d’exécution du protocole de rodage, ce qui est un inconvénient pour sa mise en œuvre à l’échelle industrielle. Il est donc souhaitable de réduire la durée des procédés de rodage, sans toutefois diminuer le gain de performances ni provoquer des dégradations de la pile à combustible.
Ainsi, certaines techniques sont connues pour accélérer la durée du protocole de rodage. L’une de ces techniques, dite de réduction de la sur-stœchiométrie en air, consiste à alimenter la pile à combustible en réactifs avec une charge connectée, puis à réduire le débit d’arrivée en air, de sorte à faire fonctionner brièvement la pile à combustible avec une quantité d’oxygène réduite par rapport aux conditions de fonctionnement nominales, ceci en opérant la pile à combustible avec un coefficient de stœchiométrie cathodique toujours supérieur à 1, mais par exemple compris entre 1 et 1,5. Pendant cette phase réduction de la sur-stœchiométrie en air, le compartiment cathodique de chaque cellule unitaire comprend, en plus de de l’air qui présente un taux réduit en oxygène par rapport aux conditions nominales, un certain taux d’hydrogène car la pile à combustible va localement fonctionner en pompe à protons qui conduit à la formation d'hydrogène à la cathode dans les zones où il y a un manque d'oxygène. De préférence, au cours de cette phase réduction de la sur-stœchiométrie, la charge est contrôlée afin que, pour chaque cellule unitaire, la tension de cellule soit faible. La tension de cellule faible et la présence d’hydrogène au niveau de la couche catalytique cathodique forment des conditions favorables à la désorption d’impuretés et à la réduction d’oxydes polluants situés sur la couche catalytique cathodique, qui est ainsi nettoyée, ce qui tend à augmenter la surface réellement active de la couche catalytique cathodique. Grâce à cette technique, la durée du procédé de rodage est diminuée.
Cependant, cette technique présente l’inconvénient d’aboutir à des performances non-homogènes de la pile à combustible, car la réduction du taux d’oxygène dans l’air n’est pas uniforme au sein du compartiment cathodique des cellules unitaires. En effet, cette réduction est plus prononcée au niveau de l’ouverture de sortie de l’air qu’au niveau de l’ouverture d’arrivée de l’air. En outre, la réduction de la sur-stœchiométrie en air, telle que pratiquée dans l’art antérieur, génère des fluctuations de la tension de cellule, ce qui provoque des dégradations de la pile à combustible. Ces dégradations peuvent comprendre la dissolution du platine, et/ou la corrosion du séparateur bipolaire, et/ou la corrosion du carbone qui est généralement un des composants de la couche catalytique, et/ou une dégradation de la membrane due à l’apparition de points d’excès de chaleur.
C’est à ces inconvénients qu’entend plus particulièrement remédier l’invention, en proposant un nouveau procédé de rodage d’une pile à combustible dont l’exécution est plus rapide, qui ne dégrade pas la pile à combustible et qui permet d’obtenir de meilleures performances de la pile à combustible.
À cet effet, l’invention concerne un procédé de rodage d’une pile à combustible, la pile à combustible comprenant un empilement de cellules, chaque cellule comportant une membrane échangeuse de protons disposée entre deux plaques bipolaires, chaque plaque bipolaire délimitant, dans ladite cellule, avec la membrane échangeuse de protons un compartiment réactif, chaque cellule comprenant ainsi un compartiment cathodique dans lequel est agencée une couche catalytique cathodique, et un compartiment anodique, dans lequel est agencée une couche catalytique anodique.
La pile à combustible comprend une entrée de dihydrogène alimentant le compartiment anodique de chaque cellule en dihydrogène, et une sortie de dihydrogène évacuant le dihydrogène provenant de chaque cellule. La pile à combustible comprend une entrée d’air alimentant le compartiment cathodique de chaque cellule en air, et une sortie d’air évacuant l’air provenant de chaque cellule.
Selon l’invention, le procédé de rodage comprend au moins, dans cet ordre, les phases suivantes: une première phase de rodage, comprenant au moins, dans cet ordre, les étapes suivantes : une étape de stabilisation de la pile à combustible, au cours de laquelle la densité de courant produit par la pile à combustible est maintenue constante à une valeur basse pendant une durée prédéterminée, et une étape d’appauvrissement en oxygène de la pile à combustible, au cours de laquelle la densité de courant produit par la pile à combustible est maintenue constante à une valeur minimale, inférieure ou égale à la valeur basse, et au cours de laquelle l’alimentation en air de la pile à combustible par l’entrée d’air est au moins partiellement coupée, en étant réglée de manière à obtenir un coefficient stœchiométrique cathodique strictement inférieur à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,9, l’étape d’appauvrissement en oxygène de la première phase de rodage se terminant lorsque la tension de cellule de la pile à combustible atteint une tension seuil prédéfinie, une opération d’inversion de sens des flux de dihydrogène et d’air, dans laquelle l’entrée de dihydrogène et la sortie de dihydrogène sont inversées et dans laquelle l’entrée de d’air et la sortie d’air sont inversées, et une deuxième phase de rodage, comprenant au moins, dans cet ordre, les étapes suivantes : une étape de stabilisation de la pile à combustible, au cours de laquelle la densité de courant produit par la pile à combustible est maintenue constante à une valeur basse pendant une durée prédéterminée, et une étape d’appauvrissement en oxygène de la pile à combustible, au cours de laquelle la densité de courant produit par la pile à combustible est maintenue constante à une valeur minimale, inférieure ou égale à la valeur basse de la deuxième phase de rodage, et au cours de laquelle l’alimentation en air de la pile à combustible par l’entrée d’air est au moins partiellement coupée, en étant réglée de manière à obtenir un coefficient stœchiométrique cathodique strictement inférieur à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,9, l’étape d’appauvrissement en oxygène de la deuxième phase de rodage se terminant lorsque la tension de cellule de la pile à combustible atteint une tension seuil prédéfinie.
Les étapes de la première phase de rodage sont réalisées jusqu’à l’atteinte d’une première condition d’arrêt, et les étapes de la deuxième phase de rodage sont réalisées jusqu’à l’atteinte d’une deuxième condition d’arrêt.
Grâce à l’invention, les étapes de stabilisation de la première phase de rodage et de la deuxième phase de rodage permettent d’oxyder des impuretés en surface de la couche catalytique cathodique, car la densité de courant maintenue à une valeur basse implique que la pile à combustible opère avec une tension de cellule élevée, ce qui favorise les réactions d’oxydation de certaines impuretés, nettoyant ainsi au moins partiellement la couche catalytique cathodique. De plus, les étapes d’appauvrissement en oxygène de la première phase de rodage et de la deuxième phase de rodage permettent la réduction et la désorption d’autres impuretés en surface de la couche catalytique cathodique, qui est ainsi davantage nettoyée. Ces étapes s’effectuent par ailleurs sans dégradation notable de la pile à combustible, car l’alimentation en air est suffisamment réduite pour éviter les fluctuations de tension du fait que le coefficient stœchiométrique cathodique est strictement inférieur à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,9. De plus, les dégradations sont évitées en évitant les appauvrissements cathodiques à haut courant. En outre, grâce à l’opération d’inversion de sens des flux de dihydrogène et d’air réalisée entre les deux phases de rodage, des performances de la pile à combustible homogène sont obtenues malgré la présence des étapes d’appauvrissement en oxygène. Enfin, grâce à l’enchaînement de l’étape de stabilisation et de l’étape d’appauvrissement en oxygène lors des phases de rodage, l’efficacité des étapes d’appauvrissement en oxygène est maximisée, car les étapes de stabilisation permettent d’obtenir des conditions stables et homogènes au sein de la pile à combustible, évitant de générer des non-homogénéité de performance au cours des étapes d’appauvrissement en oxygène.
Dans des modes de réalisation, l’association d’un ensemble d’objets suivis formant la chaîne comprend en outre : l’identification d’au moins un premier objet suivi dont au moins une extrémité, dite libre, n’est pas associée à un autre objet, l’association d’un deuxième objet suivi au premier, si la paire formée par le premier et le deuxième objets suivis vérifie au moins les conditions suivantes : le deuxième objet suivi présente une extrémité libre pouvant être associée à l’extrémité libre du premier objet, les deux objets sont spatialement voisins, et les deux objets présentent des caractéristiques cinématiques égales moyennant une tolérance déterminée