Gestion de l'énergie

Relever les défis de  l'efficacité énergétique  et contribuer à un développement durable

CONTEXTE

L’énergie constitue l’un des plus importants défis que notre société va devoir relever au cours de la prochaine décennie. Au niveau mondial, la plupart de l’énergie est consommée par le transport et le bâtiment, à la fois résidentiel et industriel. La majeure partie de cette énergie est produite à partir de ressources non-renouvelables et non-écologiques ayant pour effet un fort accroissement des émissions de CO2 et pour conséquence le réchauffement climatique.
Dans un objectif de développement durable, le déploiement massif de sources d’énergie alternatives dans les transports et les bâtiments s’avère être la solution à mettre en œuvre mais va nécessiter un changement significatif de paradigme dans l’industrie de l’énergie:

• Les transports vont devenir plus électriques et nécessiter de nouvelles générations de composants et convertisseurs de puissance.
• Pour une large pénétration des énergies renouvelables, une approche distribuée de la production d’énergie semble mieux adaptée que l’approche centralisée actuelle.

Par ailleurs, les avancées des micro et nanotechnologies permettent une miniaturisation poussée des systèmes d’électronique de puissance et de gestion de l’énergie, et ainsi d’accroître l’autonomie des systèmes embarqués, rendant possible la dissémination de réseaux de capteurs sans fil dans une grande diversité d’applications dénommées “ intelligence ambiante”. L’objectif d’autonomie énergétique requiert, d’une part, le développement d’approches innovatrices de récupération d’énergie couplées à des circuits de gestion de l’énergie à faible consommation et d’autre part, l’intégration de dispositifs de stockage à forte énergie spécifique.

OBJECTIFS DE RECHERCHE

Les activités de recherche concernent l’optimisation de l’efficacité énergétique, la robustesse et la  fiabilité des architectures de conversion dédiées aux applications du réseau électrique - énergies alternatives incluses - aux transports et aux systèmes embarqués, du composant de puissance élémentaire au module complet.

Les principales thématiques de recherche concernent:
•    Intégration de puissance : du composant au système
•    Autonomie énergétique
•    Robustesse & Fiabilité
•    Gestion intelligente de l’énergie

Nos approches et méthodologies de recherche incluent:
•    Modélisation multi-physique/multi-échelle
•    Technologies silicium 3D
•    Semiconducteurs à large bande interdite : GaN, Diamant, SiC
•    Architectures innovantes de stockage et de conversion : énergies renouvelables, récupération d’énergie

Ces études sont menées avec le support de la plate-forme technologique du LAAS (salle blanche de 1500 m²) pour mettre en œuvre des approches 3D issues des microtechnologies avancées (tranchées profondes, lithographie double-face …) et pour introduire de nouveaux matériaux, soit dans le procédé technologique du silicium (matériaux magnétiques, diélectriques à forte permittivité, BCB), ou comme matériau semiconducteur (GaN, diamant). Nous disposons également de plateformes de caractérisation électriques spécifiques (ESD, EMC, puissance) ainsi que d’un bâtiment expérimental, ADREAM, avec une plateforme photovoltaïque de 100 kWc et un système de géothermie.

ACTIVITÉS DE RECHERCHE

Pour mener à bien ces activités, le département scientifique Gestion de l’Énergie comprend 26 chercheurs permanents aux compétences complémentaires au sein de trois équipes de recherche :

ESE : Énergie et Sytèmes Embarqués – Contact : patrick.tounsi@laas.fr
ISGE : Intégration de Systèmes de Gestion de l'Energie  – Contact : tremouilles@laas.fr
NEO : Nano-Ingénierie et intégration des Oxydes métalliques et de leurs interfaces – Contact : alain.esteve@laas.fr

S4M : Instrumentation embarquée et systèmes de surveillance intelligents - Contact : cescriba@laas.fr

Énergie et Systèmes Embarqués  

“Maîtriser l'environnement énergétique des  systèmes embarqués”

• Robustesse & fiabilité des systèmes embarqués
• Autonomie énergétique de systèmes embarqués en environnement sévère

Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie

• Micro-stockage de l’énergie
• Composants et intégration de puissance silicium
• Composants et intégration de puissance « grand gap » (GaN, SiC et diamant)
• Systèmes de conversion et de gestion de l’énergie (photovoltaïque, multi-sources)
• Fiabilité vis-à-vis d’agressions extérieures (décharges électrostatiques et radiations)    

             Rapport Bilan des activités de recherche du thème GE 2009-2014 (pdf)

APPLICATIONS

• Aéronautique : autonomie énergétique de capteurs sans fil, durcissement aux radiations de composants de puissance, fiabilité et robustesse de composants et systèmes de puissance, compatibilité électromagnétique (CEM), robustesse aux décharges électrostatiques (ESD)
• Espace : autonomie énergétique de capteurs sans fil, durcissement aux radiations de composants de puissance, robustesse aux décharges électrostatiques (ESD)
• Transports terrestres : nouvelles générations composants de puissance et d’architectures de conversion basées sur le silicium et semi-conducteurs à large bande interdite, fiabilité et robustesse de composants et systèmes de puissance, compatibilité électromagnétique (CEM), robustesse aux décharges électrostatiques (ESD)
• Réseau électrique, incluant des énergies alternatives : efficacité énergétique d’architectures de conversion, gestion optimisée du stockage, composants de protection