Oxygen bubble accumulation on the anodic side of a polymer exchange membrane water electrolyzer (PEMWE) may cause a decrease in performance. To understand the behavior of these bubbles, a deep-learning-based bubble flow recognition tool dedicated to a PEMWE is developed. Combining the transparent side of a single PEMWE cell with a high-resolution high-speed camera allows us to acquire images of the two-phase flow in the channels. From these images, a deep learning vision system using a fine-tuned YOLO V7 model is applied to detect oxygen bubbles. The tool achieved a high mean average precision of 70%, confirmed the main observations in the literature, and provided exciting insights into the characteristics of two-phase flow regimes. In fact, increasing the water flow rate from 0.05 to 0.4 L/min decreases the bubble coverage (by around 32%) and the mean single-bubble area. In addition, increasing the current density from 0.3 to 1.4 A/cm² leads to an increase in bubble coverage (by around 40%) and bubble amount.

Le vecteur énergétique hydrogène est reconnu comme une voie prometteuse dans le but de réduire les émissions de carbone et de faciliter la transition vers un système énergétique plus durable. Cependant, l’hydrogène utilisé doit avoir été produite de manière durable, c’est le cas de l’hydrogène vert où l’électrolyseur d’eau est utilisé avec une source d’énergie renouvelable. Néanmoins, certaines sources d’énergie renouvelables sont dites intermittentes et engendrent des fluctuations du courant en sortie. L’électrolyseur de type membrane échangeuse de proton (PEM) est la plus adaptée face à cette contrainte.Les électrolyseurs PEM possèdent cependant des verrous à surmonter afin de faciliter leur déploiement. Parmi ces verrous, la gestion optimale des bulles d’oxygène présentes dans les canaux de distribution anodique permettrait d’améliorer leur rendement. En effet, la mauvaise évacuation des bulles d’oxygène peut sous certaines conditions empêcher le réactif eau de parvenir à la couche de réaction ce qui diminue les performances de l’électrolyseur. Les travaux présents dans la littérature, montrent bien la nécessité de travailler sur le régime biphasique anodique afin d’avoir une meilleure compréhension pour de meilleures performances. A ce titre, le type de bulle peut impacter négativement les performances du système. Des recherches ont été menées sur les topologies des canaux, leurs influences sur la chute de pression entrée-sortie, l’uniformité de la distribution des réactifs, le type de bulle y circulant et enfin les conditions opératoires favorisant l’apparition et l’évacuation des bulles. Deux principaux types de bulles existent : les bulles classiques “bubbly” et les bulles remplissant les canaux “slug”. Ce sont ces dernières qui doivent être atténuées pour limiter les obturations gazeuses. Pour la détection automatique de ces bulles, l’apprentissage profond est une approche récente qui surpasse les méthodes classiques. Dans ces travaux, une acquisition haute fréquence et haute densité a été réalisée grâce à un électrolyseur PEM semi-transparent. Une méthodologie basée sur un algorithme d’apprentissage profond et des analyses post-détections ont été mises en place afin de comprendre en détail le comportement biphasique interne au système.Ces travaux ont permis dans un premier temps de tracer des courbes telles que le taux de recouvrement bulleux, le nombre de bulles apparaissant sur la partie anodique ainsi que l’évolution de la taille moyenne des bulles pour les différentes catégories de bulles. Une topologie grille a été étudiée, et les résultats obtenus nous ont permis d’établir plusieurs constats et préconisations. Sur l’aspect temporel, il a été démontré que l’augmentation de la densité de courant augmente la production des bulles de type bubbly et slug, et contribue à diminuer les bulles stagnantes. A partir des résultats recueillis, des cartes de chaleur spatiales ont été obtenues pour chaque classe de bulles. Nous avons observé qu’un fort débit en entrée est très bénéfique pour la circulation des bulles à condition qu’il soit uniformément distribué au sein des canaux. Cependant, une attention particulière doit aussi être portée à la conception et au positionnement des canaux à défaut de voir apparaître des bulles semi-stagnantes au sein même des canaux.