Avril : Technologie zéro émission de carbone de nouvelle génération

L'image montre le cœur du réacteur dans la machine de dépôt chimique en phase vapeur de métaux organiques (MOCVD). C’est là que le substrat chauffé est placé, formant la base sur laquelle l’oxyde de gallium est cultivé. Cohen Rautenkranz, Technologie Agnitron

L'image montre l'extérieur de la machine MOCVD. Les processus sont surveillés par des ordinateurs ; les températures et les débits de gaz sont contrôlés. Professeur Martin Kuball

Communiqué de presse diffusé : 27 avril 2022

Les transformateurs de puissance, actuellement de la taille d'un conteneur d'expédition, fournissant de l'énergie aux foyers et aux entreprises du Royaume-Uni, pourraient être réduits à la taille d'une valise, grâce à un processus pionnier qui déploie un nouveau matériau suralimenté offrant des niveaux d'efficacité sans précédent.

Cette technique révolutionnaire est en cours de développement à l'Université de Bristol à un moment où la nécessité de réduire la consommation d'énergie n'a jamais été aussi grande, alors que la volonté de réduire les émissions de carbone s'intensifie et que les coûts du carburant montent en flèche.

Une équipe de scientifiques de premier plan vient d'installer la toute première machine du Royaume-Uni pour fabriquer des couches d'oxyde de gallium, le merveilleux semi-conducteur qui constitue le composant crucial des futurs dispositifs électriques révolutionnaires, avec le potentiel de réduire la consommation globale d'énergie d'environ 20 % dans les secteurs domestique et milieux industriels.

La plupart des convertisseurs de puissance et des alimentations électriques fonctionnent en convertissant une tension alternative en une autre tension alternative, ou une tension alternative en une tension continue ou vice versa. C'est le cas des réseaux de distribution d'énergie plus larges, tels que les lignes électriques, ainsi que du branchement d'appareils électriques. Les transformateurs traditionnels peuvent être lourds, à base de métal et inefficaces en raison de la chaleur excessive générée au cours du processus, alors que les circuits de conversion d'énergie plus modernes sont principalement constitués de composants semi-conducteurs en silicium (Si) plus courants.

Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés pour remplacer l'électronique de puissance à base de silicium par de nouveaux dispositifs constitués de semi-conducteurs dits à large bande interdite. Cela les rend beaucoup plus petits et plus efficaces, par exemple les chargeurs de voitures électriques et d'ordinateurs portables utilisent des composants constitués de semi-conducteurs à faibles pertes en nitrure de gallium (GaN) ou en carbure de silicium (SiC).

Mais il reste des défis à relever pour réussir à convertir les hautes tensions de manière rentable avec un minimum de perte d'énergie. Cela comprend le remplacement des transformateurs à base de métal anciens et encombrants situés dans les quartiers jusqu'à la tension électrique du secteur commun provenant des prises de courant à la maison. Il existe également encore des inefficacités significatives, même avec les convertisseurs modernes à base de semi-conducteurs avec des composants en silicium qui, par exemple, injectent l'énergie des centrales solaires dans le réseau national.

La nouvelle machine de dépôt chimique en phase vapeur de métaux organiques (MOCVD) de l'université, capable de produire de l'oxyde de gallium semi-conducteur de nouvelle génération, présente une solution convaincante à ce problème.

Le chef du projet, Martin Kuball, professeur de physique et titulaire de la chaire de technologies émergentes de la Royal Academy of Engineering, a déclaré : « Il s'agit d'une opportunité extrêmement passionnante et dont nous avons un besoin urgent. Avec la volonté d’introduire une électronique de puissance plus efficace et des technologies renouvelables avancées dans un contexte de crise climatique pressante, cela change la donne pour un approvisionnement énergétique futur plus durable et abordable.

« À l’heure actuelle, près des trois quarts (72 %) de la consommation mondiale d’énergie primaire sont gaspillés. Alors que la plupart des technologies à faible émission de carbone reposent encore sur des appareils électroniques à base de silicium, nous commençons lentement à les voir remplacés par des semi-conducteurs fabriqués à partir de nitrure de gallium et de carbure de silicium. À mesure que les mesures visant à réduire notre empreinte carbone s’accélèrent, il faut se concentrer davantage sur le développement de dispositifs basés sur l’oxyde de gallium et nous nous engageons à progresser dans ce sens à grande échelle et rapidement.

L'équipe de 20 chercheurs collabore avec d'autres groupes à travers le monde, notamment au Japon, aux États-Unis et en Allemagne, ainsi qu'avec des partenaires industriels tels que Dynex Semiconductors. Financé en partie par la Royal Academy of Engineering, le système MOCVD à l'oxyde de gallium d'Agnitron Technology aux États-Unis est le premier du genre en Europe.