Enova 2014 Le technorama de la REE Jean-Pierre HAUET Rédacteur en Chef REE Le 11 septembre 20141
La REE La REE (Revue de l Electricité et de l Electronique) : principale publication de la SEE 5 numéros par an, disponible en ligne (www.see.asso.fr/ree) 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
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
Un extrait des articles publiés au cours des trois dernières années 4
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
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
Energie solaire Cellules à effet thermoélectrique : une troisième voie pour produire de l électricité d origine solaire en combinant chaleur et électricité (MIT) 7
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
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
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
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
Stockage de l énergie Batteries Li-ion : 400 /kwh en 2013 150 /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
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
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
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 2011. Emissions fugitives moyennes d un puits : 50 t de CH4 contre 228 t (Howart) soit 216 000 t/an contre 10.3 Mt pour l ensemble de l industrie du gaz) 15
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
Systèmes de communications Le Li-Fi au secours du Wi- Fi : transmission d informations à partir des LED d éclairage (IEEE 802.15.7) Car to X: échange d informations en temps réel entre véhicules et entre véhicules et équipements de signalisation et systèmes d urgence 17
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 2013 18
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
Spatial Le laser Chemcam sur Mars Laser compact pompé par diodes, scellé hermétiquement, ne nécessitant aucun refroidissement actif Régime nanoseconde, cadence 10 Hz - 600 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
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
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
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
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)
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
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.
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
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
Merci de votre attention jean-pierre.hauet@kbintelligence.com 29