Enova2014 - Le technorama de la REE

01/09/2014
Publication REE
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:11345
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Résumé

Enova2014 - Le technorama de la REE

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1 Enova 2014 Le 11 septembre 2014 Le technorama de la REE Jean-Pierre HAUET Rédacteur en Chef REE 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 (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… 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 Energie solaire • La course au rendement se poursuit • 44 % en laboratoire (avec concentration) • 18.7 % cellules Te-Cd (labo) • 21.1 % en cellules hétéro- jonctions en couches minces (HIT) • 30 % en multicouches GaInP/GaInAs/Ge) 5 Energie solaire 6 • Films photovoltaïques transparents : filtrage, confort thermique, privacité, décor et production d’électricité (cellules organiques de 3e 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) Energie solaire 7 • Cellules à effet thermoélectrique : une troisième voie pour produire de l’électricité d’origine solaire en combinant chaleur et électricité (MIT) Energie éolienne • Des supraconducteurs haute température dans les grandes éoliennes : rotors à supraconducteurs de puissance >10 MW (AMSC) 8 • Iles artificielles pour stocker l’électricité Projet au large d’Ostende : 2.5 km Φ , 30 m profondeur Pico et nanosystèmes • Picosystèmes : une marche vers l’électrification 5 W : éclairage, radio téléphone 15 W : idem + TV 9 • Nanoprojecteurs : modulation d’un faisceau laser en fréquence – balayage par miroir millimétrique – pas d’optique 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 photo- réactivité de l’oxyde de titane TiO2 par dépôt de nanoparticules d’or ou de platine 11 • Production d’hydrogène par photolyse de l’eau à partir de photoélectrodes constituées de nanostructures d’hématite projetée (rouille) Stockage de l’énergie • Batteries Li-ion : 400 €/kWh en 2013  150 €/kWh en 2020 (composants, industrialisation, technologie) (électrodes en nanomatériaux : Si, Mn, nanophosphates) 12 • 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) Stockage de l’énergie • Batteries au lithium-soufre solide (ORNL) Utilisation de polyphosphosulfides permettant d’envisager des capacités de stockage 4x le Li-ion 13 • Flow batteries sans métal Réduction de quinones en hydroquinones couplée à l’oxydation de bromure au travers d’une membrane en téflon 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 14 Expérience de Witricité sur un kit de démonstration – Source : WiTricity. 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. 15 • 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) Nanotechologies • Les nanotubes de carbone pourraient- ils un jour remplacer le cuivre ? Haute conductivité spécifique, torsadage et assemblage possibles 16 • Récepteurs radio au graphène - Dépôt en phase vapeur à 400 °C puces à haute performance pour mobiles Systèmes de communications • Le Li-Fi au secours du Wi- Fi : transmission d’informations à partir des LED d’éclairage (IEEE 802.15.7) 17 • Car to X: échange d’informations en temps réel entre véhicules et entre véhicules et équipements de signalisation et systèmes d’urgence 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 18 • Formulation d’Erlang pour l’Internet Modélisation du trafic afin d’éviter les congestions Thomas Bonald Médaille André Blondel 2013 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 non- linéaire lié au réchauffement dans un résonateur) (Purdue university) 21 • Impression 3D : – Stéreolitographie – Selective laser sintering – Film transfer imaging – Modelage à jets multiples 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 Léon Brillouin 2012) 22 • Découverte de l’aimantation de nanostructures par un courant polarisé en spin (transfert de spin)  application à l’écriture dans les MRAMs Banc de caractérisation de la dynamique de commutation de l’aimantation de cellules MRAM à l’échelle sub-nanoseconde. Crédit : Artechnique. 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  expériences de Serge Haroche) 24 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 semi- conducteurs permettant de réaliser l’intrication entre un électron et un photon et de propager les photons de boîte en boîte 25 Dispositif supraconducteur IBM à trois qubits Application des qubits et de l’intrication • Microscope à intrication – Utilisation de faisceaux de paires de photons intriqués pour améliorer le contraste d’un microscope à imagerie différentielle. 26 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 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 27 • 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) 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 jean-pierre.hauet@kbintelligence.com