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En vue de l'obtention du
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Délivré par l'Université Toulouse III - Paul Sabatier
Discipline ou spécialité : Sciences et Génie des Matériaux
JURY
P. BACCHIN Professeur LGC, Université de Toulouse Président
G. CABOCHE Professeur ICB, Université de Bourgogne Rapporteur
C. GUIZARD Directeur de Recherches Saint-Gobain C.R.E.E., Cavaillon Rapporteur
L. ANTOINE Ingénieur ADEME, Angers Examinateur
J. MOUGIN Docteur Ingénieur CEA, Grenoble Examinateur
P. TAILHADES Directeur de Recherches CIRIMAT, Université de Toulouse Examinateur
F. ANSART Professeur CIRIMAT, Université de Toulouse Directeur de thèse
P. LENORMAND Maître de Conférences CIRIMAT, Université de Toulouse Invité
M. ZAHID Docteur Ingénieur EDF-EIFER, Karlsruhe, Allemagne Invité
Ecole doctorale : Sciences de la Matière
Unité de recherche : Institut Carnot CIRIMAT-UMR 5085
Directeur de Thèse : Pr. Florence ANSART
Présentée et soutenue par
Mathilde RIEU
Le 5 novembre 2009
Titre :
Préparation par voie sol-gel et caractérisation d'une cellule complète SOFC
sur support métallique poreux

Remerciements
Ces travaux ont été réalisés au CIRIMAT (Centre Interuniversitaire de Recherche et
d’Ingénierie des MATériaux) de l’Université Paul Sabatier de Toulouse. Ce laboratoire est co-
dirigé par Philippe TAILHADES, Directeur de Recherches CNRS, que je remercie de m’avoir
accueillie et d’avoir accepté de participer à ce jury.
J’adresse mes sincères remerciements à Gilles CABOCHE, Professeur à l’Université de
Bourgogne, et à Christian GUIZARD, Directeur de Recherches CNRS à Saint-Gobain C.R.E.E.,
pour avoir accepté de juger ce travail en qualité de rapporteurs.
Je remercie Patrice BACCHIN, Professeur à l’Université de Toulouse, d'avoir accepté de
juger ce travail et de présider ce jury.
Je remercie également Julie MOUGIN, Docteur Ingénieur au CEA de Grenoble, d’avoir
participé à ce jury et pour la collaboration fructueuse que nous avons eue dans le cadre du
projet ANR CERAMET.
Mes remerciements vont également à Loïc ANTOINE, Ingénieur à l'ADEME, et Mohsine
ZAHID, Docteur Ingénieur à EDF-EIFER, qui ont co-financé ces travaux, les ont suivis
pendant ces 3 ans et ont participé à ce jury.
Je tiens à remercier tout particulièrement Florence ANSART, Professeur à l’Université de
Toulouse, pour avoir dirigé cette thèse et aussi pour sa disponibilité malgré toutes ses
responsabilités, pour nos discussions constructives et pour notre complicité.
Je remercie très sincèrement Pascal LENORMAND, Maître de Conférences à l’Université de
Toulouse, pour avoir co-encadré ces travaux et aussi pour sa bonne humeur, sa disponibilité et
pour les nombreuses discussions que nous avons eues.
Merci à Stephen SKINNER et son équipe (en particulier Ruth et Miguel) de l'Imperial College,
pour leur accueil, leur disponibilité et les bons moments passés à Londres.
Je remercie Laurent DESSEMOND et Nicolas GRUNBAUM du LEPMI à Grenoble avec qui j'ai
eu beaucoup de plaisir à collaborer. Merci également aux partenaires du projet CERAMET
ainsi qu'à la communauté française des piles SOFC (regroupée dans le GDR PACTE) pour les
apports scientifiques et la convivialité des réunions.
Au sein du CIRIMAT, je remercie les personnes avec qui j'ai eu plaisir à travailler : Pierre A.,
Simone, Romain et les stagiaires M1. Merci également aux personnes qui étaient dans les
bureaux voisins pour la bonne ambiance du bout de couloir, aux thésards pour les discussions
informelles, au clan des fumeurs pour les pauses conviviales, aux valeurs sures du J'Go pour
les bonnes soirées, aux collègues d'enseignement pour les bons moments passés en TP, et
merci à tous ceux qui ont été des soutiens importants.
Merci à ma famille et mes amis qui ont toujours cru en moi.

I
Sommaire
Introduction...................................................................................... 1
Chapitre I – Bibliographie .............................................................. 5
I-1. Les piles à combustible .......................................................................6
I-1.1. Historique...................................................................................................6
I-1.2. Différents types de piles à combustible....................................................7
I-1.3. Avantages et inconvénients des piles à combustible...............................8
I-2. Les SOFC .............................................................................................9
I-2.1. Eléments constituant les piles SOFC .....................................................10
I-2.1.a. L’électrolyte.........................................................................................10
I-2.1.b. L’anode................................................................................................12
I-2.1.c. La cathode............................................................................................14
I-2.1.d. L’interconnecteur.................................................................................16
I-2.2. Evolution des technologies......................................................................19
I-2.2.a. La technologie tubulaire......................................................................20
I-2.2.b. La technologie planaire .......................................................................21
I-3. Procédés d’élaboration mis en œuvre dans ces travaux................23
I-3.1. Métallurgie des poudres..........................................................................24
I-3.2. Synthèse sol-gel........................................................................................24
I-3.2.a. Présentation et définitions ...................................................................25
I-3.2.b. La voie alcoxyde..................................................................................25
I-3.2.c. La voie polymère.................................................................................27
I-3.3. Dip-coating...............................................................................................28
I-3.3.a. Mise en forme de revêtements minces ................................................29
I-3.3.b. Mise en forme de revêtements épais....................................................29
I-3.4. Frittage SPS .............................................................................................29
Références...................................................................................................31