École Privée d’Ingénierie du Niger — L’école du nouveau monde

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Unité d’enseignement : Master GEEL · S3 · UE2 — Stockage Avancé & Hydrogène

  • Hydrogène Vert : Production & Applications

    L’hydrogène « vert », produit par électrolyse de l’eau à partir d’électricité renouvelable, est présenté comme le vecteur capable de décarboner les usages difficiles à électrifier (engrais, acier, transport lourd) et de stocker l’énergie sur de longues durées. Le Sahel, avec 5,5 à 6,5 kWh/m²/j d’irradiation et de vastes espaces, figure parmi les zones à fort potentiel, mais la filière se heurte au coût du capital, à la disponibilité de l’eau et à l’enclavement. Ce cours de M2 (S3) étudie toute la chaîne : production par électrolyse (thermodynamique, technologies, couplage PV), stockage et transport (pression, cryogénie, hydrures, ammoniac, LOHC), reconversion par piles à combustible (PEMFC, SOFC, Power-to-Power) et économie de la filière en Afrique de l’Ouest (LCOH, projets, stratégies nationales).

    Objectifs d’apprentissage

    • Comprendre les procédés d’électrolyse de l’eau pour la production d’hydrogène vert.
    • Analyser les technologies de stockage et de transport de l’hydrogène.
    • Dimensionner un système Power-to-X couplé à une source EnR.
    • Évaluer la filière hydrogène vert en Afrique de l’Ouest : ressources, projets et défis.

    Prérequis

    Thermodynamique des EnR (THE3402) — Licence S3 ; Stockage Avancé de l’Énergie (SAE3201) — Master S3. Bases d’électrochimie et de Python.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Production d’Hydrogène par Électrolyse
    2. Leçon 2 — Stockage et Transport de l’Hydrogène
    3. Leçon 3 — Pile à Combustible et Reconversion
    4. Leçon 4 — Hydrogène Vert en Afrique de l’Ouest

    Travaux pratiques

    • TP guidé 1 (4 h) : électrolyseur PEM pédagogique — courbe de polarisation, rendement faradique et rendement énergétique ; simulation du couplage direct PV-électrolyseur (leçon 1).
    • TP guidé 2 (4 h) : pile à combustible PEM — courbe de polarisation, puissance, consommation d’hydrogène et rendement (leçon 3).
    • TD (8 h) : thermodynamique de l’électrolyse, compression et stockage, chaîne Power-to-Power, calcul du LCOH.

    Modalités d’évaluation

    Volume horaire : CM 22 h, TD 8 h, TP 8 h, TPE 42 h, soit 80 h ; 4 crédits. Évaluation CC + ET : contrôle continu 40 % (comptes rendus de TP, TD), examen terminal 60 % ; nature mixte.

    Bibliographie

    • J. O’M. Bockris, Energy: The Solar-Hydrogen Alternative, Wiley.
    • IRENA, Green Hydrogen: A Guide to Policy Making, 2020 (gratuit en ligne).
    • IRENA, Green Hydrogen Cost Reduction: Scaling up Electrolysers to Meet the 1.5 °C Climate Goal, 2020 (complément).
    • J. Larminie, A. Dicks, Fuel Cell Systems Explained, Wiley (complément).

  • Stockage Avancé de l’Énergie (Li, H2, STEP)

    Le stockage est la clé de la pénétration massive des énergies renouvelables variables : il déplace l’énergie solaire de midi vers la soirée, stabilise la fréquence des réseaux faibles et permet d’alimenter des mini-réseaux sans groupe diesel. Ce cours de M2 (S3) approfondit les trois grandes familles de stockage à l’échelle des réseaux : les batteries lithium-ion (physico-chimie, modèles, vieillissement, caractérisation), les systèmes BESS de grande capacité (architecture, BMS, sécurité incendie, normes) et le stockage gravitaire par pompage-turbinage (STEP), avant une comparaison technico-économique (LCOS) orientée vers le contexte sahélien : chaleur de 40 à 45 °C, poussière, réseaux NIGELEC faibles, sites isolés, absence de relief marqué au Niger.

    Objectifs d’apprentissage

    • Approfondir la physico-chimie des batteries lithium-ion et les mécanismes de vieillissement.
    • Dimensionner un système BESS (Battery Energy Storage System) pour différentes applications EnR.
    • Analyser les technologies de stockage par pompage-turbinage (STEP) et air comprimé (CAES).
    • Comparer les vecteurs de stockage sur critères technico-économiques pour l’Afrique de l’Ouest.

    Prérequis

    Stockage de l’Énergie (STK5301) — Licence S5 ; Électronique de Puissance Avancée (ELP1101) — Master S1. Bases d’électrochimie, de mécanique des fluides et de Python.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Batteries Lithium : Physico-chimie Avancée
    2. Leçon 2 — Systèmes BESS de Grande Capacité
    3. Leçon 3 — Stockage par Pompage-Turbinage (STEP)
    4. Leçon 4 — Comparaison Technico-Économique des Vecteurs de Stockage

    Travaux pratiques

    • TP guidé 1 (4 h) : caractérisation d’une cellule LFP — capacité, courbe OCV, résistance interne par impulsions (HPPC), identification d’un modèle RC (leçon 1).
    • TP guidé 2 (4 h) : BMS — estimation du SoC par comptage coulométrique, recalage OCV et équilibrage d’un pack (leçon 2).
    • TD (8 h) : dimensionnement BESS, STEP et calculs de LCOS ; étude de cas d’une centrale PV isolée de 10 MWc.

    Modalités d’évaluation

    Volume horaire : CM 22 h, TD 8 h, TP 8 h, TPE 42 h, soit 80 h ; 4 crédits. Évaluation CC + ET : contrôle continu 40 % (comptes rendus de TP, TD notés), examen terminal 60 % ; nature mixte.

    Bibliographie

    • D. Linden, T. B. Reddy, Handbook of Batteries, 4e éd., McGraw-Hill.
    • IRENA, Electricity Storage and Renewables: Costs and Markets to 2030, 2017.
    • R. A. Huggins, Energy Storage, Springer (complément).
    • G. L. Plett, Battery Management Systems, vol. 1 et 2, Artech House (complément).