Une pile à combustible est un dispositif qui convertit directement l'énergie chimique du combustible (H₂) en électricité lors de deux réactions électrochimiques. Elle se compose de deux électrodes (anode et cathode), de deux plaques bipolaires, de couches de diffusion de gaz et d'un électrolyte. Dans une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), l'électrolyte est une membrane polymère permettant le transport des protons de l'anode à la cathode. Elle est prise en sandwich entre les deux couches de catalytiques pour former l'Assemblage Membrane-Electrode (AME). Les couches de diffusion des gaz (GDL) permettent la diffusion de l'hydrogène et de l'oxygène depuis les canaux usinés dans les plaques bipolaires vers les couches de catalyseur. Du côté de l'anode, l'hydrogène se décompose en protons et en électrons (oxydation de l'hydrogène). Les protons traversent la membrane, et les électrons vont de l'anode à la cathode en traversant les GDL et un circuit externe relié à la charge. À la cathode, l'oxygène réagit avec les électrons et les protons pour produire de l'eau (réaction de réduction de l'oxygène). De nombreux facteurs affectent les performances des piles à combustible, tels que les matériaux, la conception et les conditions de fonctionnement. L'alimentation en gaz des électrodes est l'un des principaux paramètres de fonctionnement et elle est fortement liée à la gestion de l'eau et à la gestion thermique. En raison de son temps de réponse élevé, le flux de gaz a également une influence majeure sur le comportement de la pile à combustible lors des variations de puissance à haute fréquence, et le manque de gaz est l'un des principaux mécanismes liés à la dégradation des piles à combustible. Comme la durabilité de la PEMFC joue un rôle clé dans son déploiement à grande échelle en tant que source d'énergie, l'objectif de la thèse est de développer une source de puissance à base de piles à combustible permettant d'atteindre de meilleures performances et de diminuer les dégradations liées aux opérations dynamiques. La nouvelle architecture d'électronique de puissance est basée sur une configuration modulaire dans laquelle la source globale est répartie en plusieurs stacks de plusieurs cellules de pile à combustible. Chaque stack est connecté à son propre convertisseur pour former un système modulaire, et la sortie de plusieurs systèmes modulaires est connectée en série pour fournir de l'énergie à la charge. Cette configuration doit offrir de meilleures performances en termes de fiabilité et de durabilité par rapport aux configurations impliquant un seul convertisseur. Comme la dynamique de puissance de la pile à combustible est faible, l'hybridation avec un dispositif de stockage à réponse rapide, tel que le supercondensateur (SC), est nécessaire pour la charge à large bande passante. Afin d'augmenter l'efficacité du système global et permettre une utilisation optimale des SC, une topologie série pour l'hybridation est proposée dans cette étude, dans laquelle un convertisseur isolé est placé en série entre la pile à combustible et le SC. Cette hybridation est appliquée au niveau modulaire, les SC étant distribués dans tous les systèmes hybrides modulaires. La tension aux bornes du convertisseur en série doit être contrôlée pour que le transfert d'énergie de la pile à combustible vers les SC se fasse progressivement. Tous les SC fourniront de l'énergie à la charge par l'intermédiaire d'un convertisseur DC/DC adapté, spécialement conçu pour assurer un degré de liberté au flux de puissance ce qui est nécessaire pour la mise en œuvre d'un système de gestion des piles à combustible. Le système proposé est validé par simulation et par des résultats expérimentaux.