Des réseaux plus intelligents, plus rapides et plus petits : un pas de plus vers une économie verte

 

- Ottawa, Ontario

Ayant comme objectif d'atteindre la carboneutralité d'ici à 2050, le gouvernement du Canada propose de nombreux programmes et initiatives de financement dont l’électrification des transports et fixe une nouvelle cible obligatoire selon laquelle la totalité des voitures et camions légers à passagers neufs vendus seront des véhicules zéro émission d’ici 2035.

Les véhicules électriques nous aideront grandement à y parvenir. Cependant, pour être fiables et sûrs, ils auront besoin de modules de puissance électroniques. Ces dispositifs, essentiellement constitués de semi‑conducteurs connectés entre eux, convertiront divers types d'énergie en puissance utilisable. Dans leur cœur se dissimule un système d'isolation qui doit résister aux contraintes électriques, thermiques et mécaniques. Tout cela en réduisant autant que possible les dimensions du module! Comment faire?

C'est ici qu'entre en jeu l'équipe du Centre de recherche en métrologie du CNRC spécialisée dans la quantification de la puissance électrique. Ses membres ont entrepris de bâtir un banc d'essai pour les modules de puissance électroniques de la prochaine génération afin que les fabricants de semi‑conducteurs disposent des données requises pour concevoir les modules destinés aux réseaux d'électricité intelligents et à l'électrification des transports.

Le passage à une économie verte

La planète se rapproche peu à peu d'un avenir plus vert, et il en est de même pour les réseaux d'électricité. Plus intelligents, plus rapides et plus petits que jamais, ces derniers subissent des pressions encore plus grandes afin de mieux fonctionner malgré leur écologisation. Ils doivent toujours transformer de façon fiable les sources inépuisables d'énergie renouvelable comme le soleil, le vent et les marées en électricité en vue d'alimenter habitations et entreprises, ainsi que propulser les véhicules électriques.

Ce passage à une économie verte exige des modules plus modestes et plus compacts, capables de gérer une tension qui ne cesse d'augmenter. Or, pareilles conditions amplifient le stress électrique et engendrent une décharge partielle qui détériore le système d'isolation dans le module, donc en compromet la fiabilité. Qu'un de ces modules tombe en panne et le convertisseur pourrait s'en ressentir, ce qui affectera la performance du véhicule ou du réseau, dans sa totalité.

« La principale difficulté réside dans les exigences très strictes de miniaturisation auxquelles doit se plier le module de puissance et dans l'intérêt grandissant pour des modules à plus forte densité de puissance », explique Refat Ghunem (Ph. D.), chef de l'équipe de mesure de la puissance électrique au CNRC. Pour surmonter cette difficulté, on doit absolument tester la décharge partielle dans des conditions réalistes. Malheureusement, les laboratoires actuels ne le permettent pas, car ils utilisent pour leurs essais une tension sinusoïdale qui ne simule pas les impulsions successives des modules durant leur fonctionnement.

« Notre savoir‑faire dans la quantification ultra précise de la puissance électrique, qui ne date pas d'hier, nous a aidés à cerner ces nouveaux enjeux et à nous y attaquer », poursuit M. Ghunem. « Le banc d'essai que nous envisageons aidera les fabricants de semi‑conducteurs à concevoir et à produire des modules de puissance qui résisteront aux tensions élevées ou fonctionneront correctement malgré leur décharge partielle. »

Combler un vide en puissance

M. Ghunem souligne que l'installation projetée, où on évaluera la décharge partielle, comblera un vide dans l'industrie. En effet, en reproduisant les conditions réelles, elle deviendra un terrain d'essai idéal pour vérifier la fiabilité des modules de puissance électroniques de la prochaine génération.

« Mesurer les hautes tensions et la puissance électrique n'a plus aucun secret pour nous, affirme‑t‑il, mais pour développer une capacité de R‑D aussi complexe, nous espérons pouvoir compter sur des spécialistes dans des disciplines connexes. » Au nombre des partenaires éventuels, on songe notamment aux diagnosticiens de l'intelligence artificielle, aux fabricants de convertisseurs électriques, aux gestionnaires de réseaux d'électricité et aux exploitants de moyens de transport.

La formation de personnel hautement qualifié est une autre facette majeure de cette initiative. Des postdoctorants et des étudiants qui viennent de décrocher leur doctorat figurent d'ailleurs parmi les employés qui acquièrent de l'expérience pratique dans ce domaine sous la houlette de M. Ghunem.

Le gouvernement canadien a commencé à moderniser son infrastructure électrique, en accordant la priorité à l'innovation dans les réseaux d'électricité et à l'aménagement d'un réseau intelligent et le CNRC développe son expertise dans ce domaine.

Continuez à nous suivre pour en apprendre davantage sur ces travaux et la façon dont le Centre de recherche en métrologie engendrera des réseaux d'électricité plus intelligents, plus rapides et plus petits pour nous rapprocher d'une économie vraiment verte.

Contactez-nous

Pour en savoir plus ou pour signaler votre intérêt à participer au projet, contacter :
Refat Ghunem (Ph. D.)
Courriel : Refat.Ghunem@nrc-cnrc.gc.ca
Téléphone : 613-990-4021