Enova Le technorama de la REE. Jean-Pierre HAUET Rédacteur en Chef REE. Le 11 septembre 20141

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1 Enova 2014 Le technorama de la REE Jean-Pierre HAUET Rédacteur en Chef REE Le 11 septembre 20141

2 La REE La REE (Revue de l Electricité et de l Electronique) : principale publication de la SEE 5 numéros par an, disponible en ligne ( et sur papier Au service des ingénieurs, chercheurs, enseignants, décideurs intéressés par les secteurs de l électricité, de l électronique, de l information et de la communication. Dossiers sur les grands sujets technologiques du moment, entretiens, articles invités, retours sur, enseignement et recherche, libres propos, etc 2

3 Les Flash-Infos de la REE Dans chaque numéro : 5 à 6 articles synthétiques sur les nouveautés scientifiques ou technologiques du moment Un panorama, non exhaustif, mais permettant de se tenir informé sur des innovations qui peuvent influer sur notre futur 3

4 Un extrait des articles publiés au cours des trois dernières années 4

5 Energie solaire La course au rendement se poursuit 44 % en laboratoire (avec concentration) 18.7 % cellules Te-Cd (labo) 21.1 % en cellules hétérojonctions en couches minces (HIT) 30 % en multicouches GaInP/GaInAs/Ge) 5

6 Energie solaire Films photovoltaïques transparents : filtrage, confort thermique, privacité, décor et production d électricité (cellules organiques de 3 e génération Polyatek -Onyxsolar MIT) Cellules photovoltaïques tissées : dye-sensitized solar cell (DSC) Nanotubes d oxyde de titane dopés par un colorant et déposés sur un substrat tissé de fils de titane (130 µm) 6

7 Energie solaire Cellules à effet thermoélectrique : une troisième voie pour produire de l électricité d origine solaire en combinant chaleur et électricité (MIT) 7

8 Energie éolienne Des supraconducteurs haute température dans les grandes éoliennes : rotors à supraconducteurs de puissance >10 MW (AMSC) Iles artificielles pour stocker l électricité Projet au large d Ostende : 2.5 km Φ, 30 m profondeur 8

9 Pico et nanosystèmes Picosystèmes : une marche vers l électrification 5 W : éclairage, radio téléphone 15 W : idem + TV Nanoprojecteurs : modulation d un faisceau laser en fréquence balayage par miroir millimétrique pas d optique 9

10 Production d hydrogène Conversion de l électricité excédentaire (éolienne ou photovoltaïque) en hydrogène, réinjecté à 2 % dans le réseau de gaz naturel Usine pilote P2G (Power to Gas) de 2 MW d E.ON (Falkenhagen - au Nord de l Allemagne) inaugurée en août 2013) 10

11 Production d hydrogène Production d hydrogène par photolyse de l eau assistée par résonance plasmonique : augmentation de la photoréactivité de l oxyde de titane TiO2 par dépôt de nanoparticules d or ou de platine Production d hydrogène par photolyse de l eau à partir de photoélectrodes constituées de nanostructures d hématite projetée (rouille) 11

12 Stockage de l énergie Batteries Li-ion : 400 /kwh en /kwh en 2020 (composants, industrialisation, technologie) (électrodes en nanomatériaux : Si, Mn, nanophosphates) Nouveaux supercondensateurs à base de graphène : réduction d un film oxyde de graphite par laser IR en «laserscribed graphene). Temps de décharge : 100 à 1000 fois celui des batteries (UCLA) 12

13 Stockage de l énergie Batteries au lithium-soufre solide (ORNL) Utilisation de polyphosphosulfides permettant d envisager des capacités de stockage 4x le Li-ion Flow batteries sans métal Réduction de quinones en hydroquinones couplée à l oxydation de bromure au travers d une membrane en téflon 13

14 Electricité sans fil Witricité : transmission d énergie par couplage inductif de deux bobines en résonances Expérience de base réalisée au MIT en 2007 Applications : alimentation sans fil de dispositifs électroniques Expérience de Witricité sur un kit de démonstration Source : WiTricity. 14

15 Gaz de schiste Estimation des émissions de méthane liées aux opérations d exploration et de production (flowback). Une étude du MIT (O Sullivan et Palstev Nov 2012) contredit les conclusions des études Howart (Austin) de Emissions fugitives moyennes d un puits : 50 t de CH4 contre 228 t (Howart) soit t/an contre 10.3 Mt pour l ensemble de l industrie du gaz) 15

16 Nanotechologies Les nanotubes de carbone pourraient- ils un jour remplacer le cuivre? Haute conductivité spécifique, torsadage et assemblage possibles Récepteurs radio au graphène - Dépôt en phase vapeur à 400 C puces à haute performance pour mobiles 16

17 Systèmes de communications Le Li-Fi au secours du Wi- Fi : transmission d informations à partir des LED d éclairage (IEEE ) Car to X: échange d informations en temps réel entre véhicules et entre véhicules et équipements de signalisation et systèmes d urgence 17

18 Systèmes de communication Communications haut débit sur les réseaux d énergie Application des techniques à canaux multiples (MiMo) sur liaisons CPL Pascal Pagani Grand Prix de l'electronique Général Ferrié 2013 Formulation d Erlang pour l Internet Modélisation du trafic afin d éviter les congestions Thomas Bonald Médaille André Blondel

19 Systèmes de communications Multiplexage par moment angulaire orbital : mythe ou réalité? Analyse et limites de l expérience de Venise du 24 juin 2011 (Bo Thidé) discriminant deux modes de transmission à 2.4 GHz selon leur moment orbital angulaire 19

20 Spatial Le laser Chemcam sur Mars Laser compact pompé par diodes, scellé hermétiquement, ne nécessitant aucun refroidissement actif Régime nanoseconde, cadence 10 Hz g, 55x220 mm Détermine la composition de la roche par tirs laser jusqu à 9 m. Le laser provoque la fusion de la zone atteinte. Le plasma généré et lumineux est analysé par un spectromètre. 20

21 Electro-optique Transistor optique à 10 GHz : contrôle de photons par d autres photons (effet d optique nonlinéaire lié au réchauffement dans un résonateur) (Purdue university) Impression 3D : Stéreolitographie Selective laser sintering Film transfer imaging Modelage à jets multiples 21

22 Spintronique Spintronique : électronique de spin exploitant la propriété quantique du spin des électrons dans le but de stocker des informations. Application aux mémoires à accès direct (MRAM) développées par Spintec et Crocus-Technology (prix Banc de caractérisation de la dynamique de commutation de l aimantation de cellules MRAM à l échelle sub-nanoseconde. Crédit : Artechnique. Léon Brillouin 2012) Découverte de l aimantation de nanostructures par un courant polarisé en spin (transfert de spin) application à l écriture dans les MRAMs 22

23 Skyrmions Particules correspondant à un vortex ou tourbillon de spin à la surface (2013 : dans une couche magnétique de deux atomes de Pa et Fe sur substrat Ir) Application possible au stockage magnétique de grande capacité : distance entre skyrmions de quelques nanomètres << distance entre bits magnétiques 23

24 Qubits et intrication Qubit : superposition de deux états quantiques dans des proportions connues seulement en probabilité : α 1> et β 2> Intrication : liaison entre deux ou plusieurs qubits, spatialement distants se traduisant par l impossibilité de les décrire et de les observer séparément Temps de cohérence : durée pendant laquelle les qubits restent associés 24 expériences de Serge Haroche)

25 Application des qubits et de l intrication Ordinateurs quantiques : à base d opérateurs quantiques appliqués à de qubits intriqués - Problèmes : réalisation physique et temps de cohérence Dispositifs supraconducteurs d IBM Boites quantiques à semiconducteurs permettant de réaliser l intrication entre un électron et un photon et de propager les photons de boîte en boîte Dispositif supraconducteur IBM à trois qubits 25

26 Application des qubits Microscope à intrication Utilisation de faisceaux de paires de photons intriqués pour améliorer le contraste d un microscope à imagerie différentielle. et de l intrication La figure 1a montre un microscope conventionnel à interférence de phase. La figure 1b montre un microscope à photons intriqués. Les photons polarisés verticalement sont déparés des photons polarisés horizontalement avant d être recombinés. Les figures 1c à 1d montrent la variation du signal lorsque la 26 paire de photons passe d une zone à l autre de l échantillon.

27 Application des qubits et de l intrication Chiffrement quantique: Par clés symétriques quantiques Transmission de paires de photons intriqués. Toute altération lors de la transmission de la clé fait perdre la cohérence et peut être détectée Stockage des photons : Par conversion de l énergie des photons en excitation de spin d un milieu absorbant. Les photons peuvent être retardés 1 minute (Darmstadt university) 27

28 Les nombres premiers La distribution des nombres premiers La conjecture de Riemann Les progrès vers la démonstration Les applications à la cryptographie Les niveau d énergie des systèmes quantiques et la conjecture d Hilbert-Ppolya 28

29 Merci de votre attention 29