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Association des Centraliens de Lyon

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© Lotfi Dakhli
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05 février 2020

La recherche partenariale entre l'ITE Supergrid et le laboratoire Ampère sur les réseaux HVDC

L’Institut de Transition Energétique Supergrid (SGI) crée en 2015, est un centre de recherche et d’innovation qui regroupe des experts académiques et industriels * du secteur de la transmission et de la conversion d’énergie. L’École Centrale de Lyon et le laboratoire Ampère dont une quinzaine d’enseignants-chercheurs travaille en délégation au Supergrid Institute à temps partiel, participent aux travaux de recherche en cours.


L’ITE Supergird développe des technologies et des services pour le supergrid, c’est à dire le futur réseau de transport d’électricité très haute tension AC (courant alternatif) et DC (courant continu). Il est prévu d’interconnecter les réseaux DC avec les systèmes AC existants, permettant ainsi de transporter l’énergie de sources renouvelables éloignées des centres de consommation (offshore) et de se mettre en relation avec des moyens de stockage flexibles. Cela permet de gérer le caractère intermittent des énergies renouvelables et d’assurer la stabilité et la sécurité du réseau.


5 grands axes de recherche


Les activités de recherche de Supergrid sont segmentées en 5 programmes :

1- Architecture & systèmes du Supergrid 

Ce programme porte sur la protection du réseau DC contre les défauts électriques (détection, coupure), le changement de niveau de tension en DC, le contrôle des flux d'énergie dans un système maillé ou dans un système intégrant les technologies LCC et VSC. Les actions de recherche conjointes avec Ampère se focalisent sur :

 

  • L’automatique pour l'électronique de puissance : conception et pilotage de nouvelles structures de conversion liées à l'évolution des réseaux électriques en HVDC (High Voltage Direct Current = Courant Continu Haute Tension)
  • Les exigences de stabilité et de sécurité : aspects spécifiques liés à la haute tension en DC (constantes de temps …)

 

2- Appareillage électrique haute tension du Supergrid

Ce programme de recherche sur les équipements de sous-stations haute tension se concentre sur la façon d'éliminer les courants de défaut des réseaux DC maillés à l'aide de disjoncteurs, sur le développement de sous-stations à isolation gazeuse pour les applications DC et sur la recherche et la mise en œuvre d'un nouveau système d'isolation solide et gaz. Les travaux de recherche portent sur :

 

  • L’isolation en DC: solide, gaz, décharges partielles
  • La recherche de nouveaux matériaux bio-sourcés et recyclables

3- Electronique de puissance & convertisseurs

Ce programme de recherche porte sur le développement de technologies d'électronique de puissance pour répondre aux exigences du futur réseau DC. Il s’agit de pourvoir changer le niveau de tension DC, de se connecter au réseau AC avec des flux de puissance bidirectionnels. Les thèses ont pour objectif :

 

  • Composants semi-conducteurs grand gap pour la Haute Tension (SiC, GaN…) : de la conception à la caractérisation
  • Fiabilité des composants et des structures de conversion pour les réseau HVDC

  • Structures de convertisseurs de puissance modulaires (DC / DC)

  • Compatibilité électromagnétique (interférences, auto-perturbations, exposition des personnes aux champs électromagnétiques …)

4- Systèmes de câbles & jonctions HVDC

Le programme de recherche sur les systèmes de câbles HVDC et les jonctions associées développe des briques technologiques pour les systèmes de câbles HVDC et étudie les matériaux haute performance à utiliser dans ce type de réseau. Les recherches conjointes avec le laboratoire Ampère se concentrent sur :

 

  • Le health monitoring, le diagnostic et le pronostic des systèmes de transport d’énergie en HVDC
  • La modélisation précise des câbles HVDC intégrant les contraintes de ces réseaux (constantes de temps)

5- Équilibrage & stockage d’énergie

Ce programme de recherche vise à développer des solutions qui augmentent la flexibilité du réseau et offrent un stockage adapté aux besoins des nouveaux services annexes. Les spécificités des réseaux maillés longue distance et des conditions géographiques (continentales et offshore) demandent des recherches sur de nouvelles combinaisons de moyens de production et de technologies de stockage à haut rendement. Les recherches conjointes portent essentiellement sur :

 

  • Modélisation systémique
  • Identification, contrôle, stabilité

  • Solutions de stockage incorporées dans le réseau

  • Health monitoring

 

Bilan de la collaboration avec le laboratoire Ampère

 

Comme précisé en introduction de l’article, une quinzaine d’enseignants-chercheurs du laboratoire Ampère sont mis en délégation à temps partiel, souvent à 20 % du temps de recherche, à SGI (Institut de Transition Energétique Supergrid). Une dizaine de thèses ont été soutenues dans le cadre de cette collaboration et une dizaine sont actuellement en cours. Une vingtaine de publications scientifiques associant SGI et Ampère ont été publiées entre 2015 et 2019.

Des équipements SGI ont été mis à disposition dans les locaux du laboratoire Ampère. On peut citer entre autres : la cage haute tension (INSA), l’hystérésigraphe (UCBL).

SGI a été classé premier contributeur pour la Propriété Intellectuelle (nombre de brevets déposés) dans le domaine des Entreprises de Taille Intermédiaire (ETI) pour 2018.

La recherche de nouveaux secteurs industriels permettant de valoriser les technologies mises au point par SGI est devenu un axe prioritaire de développement. Ainsi, le secteur des transports (ferroviaires, maritimes, aéronautiques, automobile), de la téléphonie … sont des marchés potentiels dont les besoins et les spécificités sont en adéquation avec les technologies valorisées par SGI.

* Les actionnaires de Supergrid (industriels : Alstom Transport, EDF, GE Grid Solutions, GE Hydro France, Nexans et Vettiner – et académiques : CentraleSupélec, l'Ecole Centrale de Lyon, Grenoble INP, l’INSA Lyon, l'Université Claude Bernard Lyon 1, l'Université Grenoble Alpes et l'Université Paris Sud.

Auteur

Christian Vollaire a obtenu son Master de Génie électrique en 1994 et sa thèse de doctorat de l’Ecole Centrale de Lyon en 1997. Il est actuellement Professeur des Universités à l’Ecole Centrale de Lyon, ses enseignements portent sur l’électrotechnique et l’électronique de puissance. Il effectue sa recherche au sein du laboratoire Ampère (CNRS 5005). Christian Vollaire est directeur adjoint du laboratoire Ampère, ses activités de recherche sont centrées sur la compatibilité électromagnétique (CEM) des systèmes de puissance et sur le transfert d’énergie sans contact par ondes électromagnétiques haute fréquence.
Il est membre du comité de lecture de plusieurs revues internationales, membre du comité d’organisation de congrès internationaux et responsable scientifique de nombreux contrats industriels et institutionnels. Il est l’auteur de plus de 70 revues internationales, de 150 publications dans des congrès internationaux, de plusieurs chapitres de livres et de quatre brevets dont 2 ont donné lieu à la création d’une start-up dans le domaine du transfert d’énergie par ondes électromagnétiques (GreenWake).

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