Caracterisation d'un champ de forces pour les membranes echangeuses de protons

L'industrie de l'automobile a connu des bonds marquants lors de son evolution. Ces avancees proviennent de l'exploitation de nouveaux materiaux relies a l'industrie de l'automobile. Ces materiaux sont issus de recherche privee ou publique, et ont ete utilises pour assurer une meilleure competition pour le concepteur d'automobile, ou pour repondre a une contrainte economique ou environnementale. Le changement du bois vers l'acier comme materiel constituant l'ossature de la voiture est un des avancements qui a pu fournir un produit de meilleure qualite par le concepteur. Les changements necessaires au moteur pour fonctionner avec une essence sans plomb constituent une contrainte environnementale appliquee par les gouvernements. La contrainte majeure actuelle pour l'industrie de l'automobile est sa source energetique primaire, les produits petroliers. Cette contrainte est a la fois economique et environnementale. Elle decoule d'une demande sans cesse croissante de produits petroliers et d'une stagnation de la production. Pour pallier cette contrainte et demeurer competitif dans l'industrie de l'automobile, General Motors Canada a planifie de remplacer les moteurs a combustibles de ses voitures par des moteurs electriques alimentes d'abord par des piles electriques, puis, lorsque la technologie le permettra, par les piles a combustible.;Le developpement de la pile a combustible est deja enclenche par plusieurs groupes de recherche dans le monde. Plusieurs difficultes sont rapportees pour effectuer la mise en place de la pile comme source energetique pour les voitures. Parmi ces difficultes, la membrane echangeuse de proton (PEM) utilisee actuellement n'est pas adequate pour les besoins de durabilite, d'efficacite de transport des protons et de cout. Dans le but d'ameliorer la comprehension des PEM et d'augmenter leur efficacite, un partenariat entre GM et le professeur Armand Soldera de l'universite de Sherbrooke a ete conclu pour la caracterisation de PEM a l'aide de la simulation.;Les caracteristiques d'une membrane echangeuse de protons sont associees a une taille specifique du systeme. La conduction protonique de la membrane est une consequence du groupement fonctionnel acide a l'echelle atomistique, de la mobilite de la chaine polymere a l'echelle moleculaire et de la morphologie de la membrane a l'echelle mesoscopique. La caracterisation du comportement de la membrane a differentes grandeurs en fonction du temps est necessaire pour lier l'impact que les structures atomistique, moleculaire et morphologique ont sur le fonctionnement de la pile. La finalite de la collaboration du laboratoire d'Armand Soldera et de General Motors Canada est la simulation d'une PEM de reference, le NafionRTM, a differents niveaux d'approximation de calcul dans le but de guider la synthese de nouvelles membranes plus performantes.;Le but de l'etude presentee dans ce memoire a ete la caracterisation du groupement fonctionnel acide de la chaine pendante du NafionRTM par calcul ab initio et calcul semi-empirique en utilisant l'acide trifluoromethanesulfonique (acide triflique) comme modele. Les resultats obtenus de ce modele sont ajustes sous forme de parametres de champ de forces. Ces parametres sont ensuite utilises en simulation moleculaire pour representer adequatement la tete acide de la chaine pendante du NafionRTM. Ces parametres, absents de la litterature au debut du projet, ont ete valides par le calcul du spectre infrarouge de la molecule d'acide triflique. Le spectre infrarouge de l'acide triflique ainsi obtenu par calcul est en accord avec le spectre infrarouge experimental.;Les dynamiques moleculaires de l'acide seul ou possedant un rapport eau:acide de 1:1 a 6:1 utilisant les parametres valides ont ete executees pour obtenir les valeurs thermodynamiques a differentes temperatures. Ces valeurs thermodynamiques resultant de simulations moleculaires a differentes temperatures et apport d'eau ont ete comparees aux donnees experimentales.