Face aux enjeux énergétiques et environnementaux, l'hydrogène suscite beaucoup d'espoir. Dans divers domaines de la physique, de très nombreux travaux ont ainsi été entrepris sur la pile à combustible, maillon essentiel de la chaîne d'exploitation de l'hydrogène. En électronique de puissance, beaucoup d'études ont été menées sur la mise en oeuvre d'une production décentralisée ou sur des convertisseurs statiques dédiés. Cependant, très peu de travaux ont porté sur les interactions entre les piles à combustible et les convertisseurs. Cette thèse propose des modèles électriques (type circuit) dynamiques et forts signaux de pile à combustible PEM alimentée en hydrogène et oxygène purs. Ces modèles prennent en compte les différents phénomènes physico-chimiques au sein d'une pile à combustible. Des méthodes basées sur un nombre limité d'essais expérimentaux originaux (balayages en courant à basses fréquences de fortes amplitudes) permettent de paramétrer ces modèles. Ces modèles sont ensuite utilisés pour l'étude des interactions entre les piles à combustible PEM et les convertisseurs statiques les plus usités : hacheur abaisseur, hacheur élévateur, onduleurs de tension monophasé et triphasé. Le rôle fondamental des phénomènes de double couche dans ces interactions est démontré : ils interviennent avantageusement pour permettre à une pile à combustible de tolérer les harmoniques de courant générés intrinsèquement par les convertisseurs statiques. Des tendances pour le choix des éléments de filtrage à mettre en oeuvre en sont déduites
