L’électronique de puissance traite de la conception des « convertisseurs ». Un convertisseur sert d’interface pour alimenter un équipement donné en puisant l’énergie nécessaire dans une source donnée. Ainsi, la forme continue ou alternative, l’amplitude et la fréquence de la tension nécessaire à l’équipement peuvent être très différentes de celles imposées par la source disponible. Il peut s’agir d’un chargeur de batterie, d’un variateur de lumière, d’un variateur de vitesse, d’un amplificateur…
L’électronique de puissance traite de la conception des « convertisseurs ». Un convertisseur sert d’interface pour alimenter un équipement donné en puisant l’énergie nécessaire dans une source donnée. Ainsi, la forme continue ou alternative, l’amplitude et la fréquence de la tension nécessaire à l’équipement peuvent être très différentes de celles imposées par la source disponible. Il peut s’agir d’un chargeur de batterie, d’un variateur de lumière, d’un variateur de vitesse, d’un amplificateur…
Les applications sont donc diverses : automobile, aéronautique, espace, énergies renouvelables, médecine, robotique, télécommunications… Elles explosent depuis quelques années, notamment avec la voiture électrique et l’avion « plus électrique ».
Quelles innovations l’électronique de puissance permet-elle de déployer ?
Parmi les innovations permises par l’électronique de puissance, la transmission d’énergie à distance émerge nettement depuis quelques années. Elle est d’ores et déjà exploitée dans certaines applications : la recharge des téléphones portables par exemple.
Cependant de nombreuses recherches sont toujours en cours pour des applications bien plus ambitieuses. Par exemple, la transmission d’énergie vers les véhicules électriques sur route ou sur autoroute, lancés à 130 km/h. Il s’agit là de solutionner complètement le problème de l’autonomie des voitures, bus, camions et autres véhicules électriques.
Il y a aussi la recharge à travers la peau de batteries dédiées à des implants médicaux plus ou moins compacts : prothèses auditives, défibrillateur, assistance cardiaque… De nombreuses applications moins spectaculaires mais essentielles sont visées : électrification sans contact des pales d’hélicoptères en vue de leur dégivrage…
Quelles sont les étapes à franchir pour atteindre ces innovations ?
La tendance générale de l’électronique de puissance a toujours été de miniaturiser les convertisseurs, de maximiser leur rendement énergétique et de minimiser les perturbations électromagnétiques engendrées.
Daniel Sadarnac, Professeur émérite de CentraleSupélec
Ces trois objectifs doivent être atteints simultanément. Par exemple, les pertes doivent décroitre en même temps que le volume sous peine de l’échauffement excessif d’un plus petit convertisseur. Différentes techniques de « commutation douce » à fréquence élevée ont été conçues pour aller en ce sens en s’adaptant à des semiconducteurs de plus en plus rapides et de plus en plus petits. Il est encore nécessaire de progresser pour concrétiser les innovations affichées plus haut, notamment dans la miniaturisation des convertisseurs « embarqués » (au sens large de ce qualitatif : embarqués dans les véhicules terrestres, les avions, les robots, le corps humain…).
Quelles seront donc les compétences nécessaires pour mettre au point les innovations à venir ?
Pour aller de l’avant, il est nécessaire de maitriser différentes disciplines indissociables de l’électronique de puissance : l’automatique et le traitement du signal sont appelés à contrôler les transferts d’énergie, les concepts de la thermique sont mis à profit pour gérer l’évacuation des pertes énergétiques, la compatibilité électromagnétique doit être validée, le magnétisme intervient dans le principe même de la conversion d’énergie ainsi que dans la conception des inductances, transformateurs et coupleurs inductifs… Mais bien sûr et avant tout, il est nécessaire de posséder une culture étendue sur les principes de conversion et de commutation douce du passé, du présent, envisagés et envisageables.
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