Les panneaux solaires et les éoliennes ne sont qu’une partie du casse-tête énergétique. Pour que l’électricité verte circule sans entrave, le réseau lui-même a besoin de nouveaux équipements. Les chercheurs du projet européen SSTAR ont remplacé le transformateur à noyau magnétique par de l’électronique de puissance et testé sa tenue à la haute tension. Les résultats des essais sont prometteurs, et à la fin vous pourrez voir si vous avez l’étoffe d’un ingénieur ou d’une ingénieure des réseaux de demain.
On parle généralement de la transition énergétique à propos du vent, du soleil et de l’eau, c’est-à-dire des sources d’électricité elles-mêmes. Pourtant, changer de sources n’est que la moitié du travail. L’énergie des installations renouvelables doit encore être transportée et distribuée, et il faut pour cela une nouvelle infrastructure de réseau, et vite.
« La transition énergétique a besoin de réseaux électriques plus flexibles, numériques, résilients et capables d’intégrer une part importante d’énergies renouvelables », déclare Jonatan Peris Rivas, de la fondation espagnole CIRCE, qui coordonne le projet SSTAR financé par l’Union européenne.
Le héros du projet est le transformateur à semi-conducteurs, SST en abrégé. C’est un dispositif électronique de puissance avancé dans lequel le transformateur classique à noyau magnétique est remplacé par une commutation à semi-conducteurs haute fréquence. Cela ressemble à un changement de conception réservé aux spécialistes, mais en pratique, cela revient à faire passer un élément clé du réseau dans le monde de l’électronique.
L’équipe de SSTAR s’était fixé un objectif concret : faire évoluer cette technologie au-delà du stade basse tension et la préparer à fonctionner dans les réseaux à haute tension. Il s’agissait de montrer que les SST à haute tension peuvent passer du concept à des prototypes validés expérimentalement, avec des données crédibles sur les performances, la sécurité et la durabilité.
Les travaux ont progressé en parallèle dans trois directions. Chacune répondait à un défi différent, des matériaux à l’électronique elle-même, jusqu’à la manière de piloter l’ensemble du système :
Le premier axe montre que l’énergie moderne ne se résume pas aux semi-conducteurs. Pour isoler les éléments du prototype, l’équipe a préparé un fluide d’origine végétale. Un échantillon de 200 litres a été produit, destiné aux essais dans le prototype de transformateur. Dans cette approche, l’écologie ne concerne pas seulement la source d’énergie, mais aussi les matériaux dont l’équipement lui-même est fait.
Le deuxième et le troisième axe sont étroitement liés. Le module à haute tension transfère l’énergie dans les deux sens grâce à l’alimentation inductive. L’architecture décentralisée, de son côté, permet de connecter les modules en série et d’en augmenter le nombre sans un contrôleur central qui superviserait l’ensemble. Cette conception doit faciliter le passage à l’échelle de la solution.
Tous les éléments ont été intégrés et validés dans deux bancs d’essai certifiés. Le prototype basé sur la technologie IPT a atteint un transfert de puissance de 76,7 kW à 1 500 V, et son rendement en fonctionnement résonant était d’environ 95 %.
L’essai de la version en cascade s’est révélé tout aussi intéressant. Les chercheurs ont connecté 28 modules en série et simulé des conditions de réseau de 66 kV à 100 A RMS. Cela correspond à une puissance de 660 kW par branche, et ce sans contrôleur central. Les résultats confirment à la fois l’évolutivité du système et son efficacité technique.
L’équipe ne s’est pas limitée aux mesures électriques. Une évaluation de durabilité a également été réalisée. « Notre évaluation de durabilité ultérieure a montré que le concept de SSTAR peut améliorer considérablement les performances environnementales, notamment lorsqu’il est alimenté par de l’électricité renouvelable », explique Peris Rivas.
Les chercheurs ont aussi indiqué les domaines où la nouvelle technologie a le plus de chances. Ils ont jugé les plus prometteurs les microréseaux industriels, les centres de données et les installations d’énergies renouvelables en mer.
Selon l’équipe, le projet a tracé une voie claire vers des transformateurs à semi-conducteurs à haute tension, prometteurs sur le plan technique, plus durables et adaptés aux besoins réels du réseau. Les SST eux-mêmes sont devenus une technologie clé pour les systèmes à forte composante renouvelable.
« Le projet ne s’est pas arrêté aux idées de laboratoire; il a produit des prototypes validés, une évaluation de la durabilité et de l’impact social, ainsi qu’une feuille de route claire pour atteindre la maturité technique », souligne Peris Rivas. Il voit le plus grand succès du projet dans la combinaison de solutions techniques et d’une vision à l’échelle de tout le système. S’appuyant sur ces résultats, les chercheurs poursuivent le perfectionnement des prototypes et cherchent des partenaires industriels, des investissements et de nouvelles sources de financement.
La transition énergétique ne se limite pas à de nouvelles sources d’électricité : elle passe aussi par de nouveaux équipements dans le réseau lui-même. Le projet SSTAR a montré que les transformateurs à semi-conducteurs peuvent sortir du laboratoire et fonctionner à haute tension, avec un rendement élevé, une architecture évolutive et une isolation d’origine végétale. Pour les étudiants en génie énergétique, en électrotechnique ou en électronique, c’est un bon exemple de la manière dont de nombreux domaines se rejoignent dans un seul dispositif : des matériaux isolants à l’électronique de puissance, en passant par les systèmes de commande.
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