Le concordat GENELEC est la manifestation du génie électrique en France. Ce concordat a vu le jour en 1990, suite à la création de la mission interministérielle Génie électrique en 1985, par le ministre de la recherche et de la technologie Hubert Curien. Il rassemble tous les 10 ans les institutions, les académies, les industriels du secteur aussi bien civil que militaire.
Cette année, la 3e édition a eu lieu les 26 et 27 janvier dans les locaux de l’ESME Sudria, organisée conjointement par la Direction Générale de l’Armement (DGA) et le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), parrainée par l’Académie des Technologies et administrée par l’ESME Sudria. Durant ces deux jours, consacrés au secteur porteur du Génie électrique en France, une quarantaine d’exposés ont eu lieu, regroupés sous les thèmes suivants : électrotechnique, systèmes et gestion des systèmes, matériaux, électronique de puissance, électrochimie, réseaux, énergies renouvelables.
Dans un monde où l’énergie est un facteur déterminant de croissance et où les contraintes environnementales deviennent de plus en plus sévères, la géostratégie joue un rôle important dans les pays, en particulier dans les pays émergents (Brésil – Russie – Inde - Chine). La production et l’exploitation de l’électricité sont une réponse à ces préoccupations et deviennent un enjeu clé pour le développement que la France ne peut sous-estimer. Dresser un bilan des dernières évolutions dans le monde du génie électrique et imaginer les grandes perspectives pour demain s’avère primordial. C’est la raison pour laquelle il était intéressant de réunir, à nouveau, tous les acteurs de la recherche électrique en France.

En introduction,
Michel Amiet, en tant que Président du comité scientifique du Concordat, a souligné l’importance de donner aux jeunes du secteur du Génie électrique une visibilité, sans concession, de la place de la France sur l’échiquier international, afin de susciter leur intérêt pour ce domaine. Il a exposé les évolutions passées du XXe siècle et
l’intégration de l’électricité dans de nombreux domaines comme l’habitat, les transports et la médecine. Cette pénétration, quasi omniprésente, a conduit à ne plus penser « composant » mais « système », voire «
système de système », ce qui a engendré des ruptures en termes de concept, de technique et de technologie.
La France du Génie électrique occupe aujourd’hui une place prédominante :
900 000 salariés, un chiffre d’affaires de 110 milliards d’euros. La France possède un potentiel inégalé dans le monde, bien que celui-ci soit souvent ignoré, avec des centres de recherche, des grands groupes mais aussi de nombreuses PME. Son taux de croissance est de 6 % par an.
Des interrupteurs aux architectures de convertisseur
Tout système électrique ne saurait répondre aux besoins sans l’électronique de puissance. Celle-ci est basée sur des semi-conducteurs à base de silicium. Depuis 1960 différents « interrupteurs » ont été développés, des thyristors (interrupteurs électroniques semi-conducteurs) et plus récemment des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT). Désormais, de nouveaux matériaux dits « à grand gap » (nitrure de Gallium, silicium et diamant) sont en passe de le remplacer. Ils présentent des tenues en température, en tension et en rapidité de 10 à 100 fois supérieures au silicium. Une réelle rupture se dessine, qui répond aux besoins des transports, dont le ferroviaire, à ceux du médical, des grandes expériences de physique et du militaire comme les lanceurs électromagnétiques. Mais ces nouveaux composants ont entraîné de nouvelles architectures de convertisseurs, plus fiables et plus performants.
Les évolutions des moteurs et des batteriesEn suivant la chaîne de conversion de l’énergie, après la ou les sources primaires et en sortie du convertisseur, vient la charge, c'est-à-dire le moteur ou l’actionneur avec ses nouvelles applications, donc avec de nouveaux concepts, matériaux et architectures. Par exemple, les moteurs à courant alternatif se sont développés ces dernières années, notamment le moteur synchrone à aimants permanents. Un autre type de moteur a été présenté : un moteur à fort couple dont le rotor est un bobinage supraconducteur. Les supraconducteurs sont des matériaux présentant une résistance nulle à basse température (de 4 à 77 k) ce qui permet d’atteindre des inductions élevées, donc des volumes et des masses sensiblement plus faibles. Le seul problème est qu’il faut entretenir ce froid : un cryostat, genre de thermos, enveloppe le rotor, ce qui n’est pas sans rendre la machine plus complexe. Toujours dans le même domaine de la supraconductivité, une bobine de stockage d’énergie a été présentée. De par son concept (décharge spatio-temporelle) et son énergie stockée (800kJ) elle représente une première mondiale.

Les évolutions d’un autre type de moteur ont été présentées, celles du
moteur-roue, développé par de nombreuses compagnies, notamment dans le domaine militaire. Ce système consiste en un moteur électrique enchâssé dans une roue et donc auto-amortie. Ces moteurs permettent de libérer l’aspect propulsion du châssis, tout en développant un couple massique élevé. Le moteur-roue réalisé pour le banc ECCE (application militaire) développe un couple de 21 000 Nm (Newton-mètres).
Ce dernier type de moteur pose la question de l’alimentation électrique dans un véhicule particulier et par conséquent du stockage de cette énergie. En ce sens les dernières évolutions en matière de batterie lithium ion et lithium air, qui offrent une autonomie et une énergie plus importante ont fait l’objet d’un exposé prospectif et donc fort intéressant.
Les dernières recherches concernant les piles à combustible, dont le fonctionnement est connu depuis longtemps mais dont l’évolution est assez lente, ont montré que des avancées ont eu lieu en termes de puissance (plus de 100 kW par module) et de rendement. L’industrie française possède des atouts qui la placent parmi les leaders européens. Les prochaines évolutions pour rendre ces piles embarquables résideront sans aucun doute dans les formes de stockage de l’hydrogène qui leur est nécessaire.

Une dernière source de stockage électrique, pour répondre à l’aspect « multi-sources/multi-charges » est le
supercondensateur, qui permet un stockage d’énergie impulsionnel. Il peut supporter des décharges et des charges extrêmement rapides et en très grand nombre (1 million de cycles). Il est le complément des batteries dont leur énergie est plus transitoire, si on se réfère à la théorie des « 3 E ».
Et les systèmes complexes ?
Toutes ces évolutions doivent être intégrées dans des systèmes complets (« système de système » évoqué précédemment). C’est chose faite grâce à ECCE, banc d’essai roulant militaire qui a permis de tester notamment les moteurs roues mais aussi les différents types de stockage d’énergie (volant d’inertie, pile à combustible, supercondensateurs, etc), dans le but d’analyser leur intégration, de développer un dispositif de gestion d’énergie et de s’assurer que l’emploi de moyenne tension courant continu (540 V) n’engendrait pas de contraintes supplémentaires. Ce concept devrait aussi rapidement se retrouver dans les navires « tout ou plus » électriques.

Les
systèmes d’armement tels que les missiles et les canons électromagnétiques s’intéressent déjà à ces évolutions. Enfin les
réseaux intelligents, à considérer comme des systèmes, ne sont pas laissés pour compte. En effet les « smart grid », sont conçus pour gérer
intelligemment les différents apports et consommation d’énergie du réseau en fonction de la demande et de l’énergie disponible. De plus, comme vu précédemment, l’apparition des supraconducteurs permet de créer des nœuds de réseaux transmettant plus de puissance. Des
câbles supraconducteurs, capables de véhiculer des intensités importantes, pourraient voir leur apparition pour les réseaux transfrontaliers.
Mais différents systèmes dont la compacité est un critère de leur embarquabilité, allient les forts courants (puissance) et les signaux de faible amplitude (commande et information), ils sont le siège de problèmes de compatibilité électromagnétique importants et il est ainsi primordial de s’en prémunir, notamment dans les systèmes à risques (aéronautique). Pour ce faire, de nouveaux simulateurs en 3D avec des puissances de calcul jamais atteintes, sont développés, ils mettent en évidence, avec beaucoup de précision, l’influence électromagnétique des nouvelles installations.
Les énergies renouvelables
Le photovoltaïque pourra fournir de 10 à 20 % du mix électrique d’ici quelques années. Les rendements continuent de progresser. Il existe d’autres sources énergétiques renouvelables, comme les énergies marines, qui sont diverses : l’éolien off-shore, la marémotrice, l’hydrolienne, la houlomotrice ou l’énergie thermique des mers. Cependant, ces systèmes ne sont pas encore matures et présentent des problèmes de robustesse, de maintenance et d’ancrage, sans ignorer l’aspect réseau.
ConclusionMichel Amiet a conclu ces deux jours de conférences, en remarquant qu’il y avait de réelles ruptures dans les concepts, avec comme exemple le banc ECCE que les américains nous envient, dans les architectures, avec comme exemple les convertisseurs électroniques constitués de « briques » élémentaires assurant fiabilité et rendement élevés, les matériaux avec par exemples le carbure de silicium pour les composants semi-conducteurs ou les supraconducteurs pour les moteurs, les câbles et les bobines de stockage , enfin dans l’électrochimie avec les accumulateurs lithium-ion, les supercondensateurs et les piles à combustible.
Toutes ces évolutions, révolutions, ruptures permettent de répondre raisonnablement aux besoins futurs, besoins en génie électrique sans cesse croissants. Nous venons de le voir, la France possède le potentiel, quelle que soit la discipline, pour y répondre, mais la concurrence sera de plus en plus vive sur des marchés qui sont internationaux, il faut donc lui donner les moyens pour qu’elle reste une des quatre grandes puissances mondiales dans ce domaine : 900 000 personnes sont concernées.
« En conclusion, je n’émettrai qu’un souhait, il concerne le monde académique comme industriel, c’est celui de prendre le temps d’intéresser les jeunes à ce domaine, qui par sa pluridisciplinarité est difficile, mais combien passionnant. »
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