La supraconductivité à la rescousse de nos appareils électriques !

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Israël | Sciences de l’ingénieur : aéronautique, mécanique, électronique, génie civil
2 août 2019

Déjà reconnus pour leurs travaux innovants sur des matériaux supraconducteurs en 2010, des chercheurs de l’Université Bar-Ilan ont créé et testé de nouveaux designs de limiteurs d’anomalies de courant capables de protéger nos réseaux électriques tout en limitant la quantité de matériaux nécessaires à leur fabrication.

Les anomalies de courant sont des variations soudaines et imprévues du flux énergétique dans un système électrique. Parmi les plus célèbres, citons les courts-circuits, qui consistent en une élévation de l’intensité du courant reçu par un appareil électrique, conduisant généralement à sa surchauffe. Outre la probable destruction du composant qu’elles affectent, ces anomalies sont tristement célèbres pour les incendies qu’ils déclenchent, le dernier en date étant le spectaculaire incendie de la Cathédrale Notre-Dame de Paris, en mars dernier.

Traditionnellement, nos réseaux sont protégés des courts-circuits par des fusibles, c’est-à-dire des composants électriques dont la surchauffe excessive entraîne leur destruction. Leur fonctionnement est simple : tant que la valeur du courant est standard, le fusible assure sa transmission à votre réseau domestique, mais dès que l’intensité dépasse une valeur critique, par exemple en cas de court-circuit, le fusible « saute », le circuit se rompt et l’absence de matériau conducteur isole votre installation du courant nocif, sauvegardant ainsi vos appareils électroménagers d’une surchauffe fatale.

Bien que performants, ces dispositifs requièrent pourtant une intervention humaine régulière et génèrent des coûts d’entretien conséquents (il faut en effet les remplacer après chaque utilisation). Comme tous composants électriques, ils ont une résistance non-nulle : leur seule présence crée une résistance au courant électrique qui les traverse et provoque des déperditions d’énergies sous forme de chaleur.

L’émergence des matériaux supraconducteurs, dont la résistance électrique est virtuellement nulle, a apporté la promesse de nouveaux composants aux capacités spectaculaires. Parmi eux, les « limiteurs de courant de défaut » sont des appareils capables de détecter des hausses d’intensité électrique et d’intelligemment modifier leur résistance de telle sorte qu’ils limitent automatiquement le courant électrique si celui-ci dépasse une valeur prédéterminée. Leur conception assure une modification quasi-instantanée, et surtout réversible, de leur résistance électrique faisant d’eux des fusibles auto-régénérants.

Illust: Figure 1 : Exemple, 20.5 ko, 522x165
Figure 1 : Exemple de conception pour un limiteur de courant. a) Illustration schématique. Les rectangles bleus montrent le placement des aimants ainsi que le champ magnétique qu’ils génèrent. Les rectangles rouges sont des bobines montées en série. Les câbles électriques sont symbolisés en vert. b) Dispositif expérimental utilisé par l’équipe scientifique pour tester les performances de leur concept (crédits : Linden et al, 2019).

Dans leur article, paru en 2019 dans la revue Energies, Prof. Yosef Yeshurun et son équipe présentent des conceptions innovantes de limiteurs de courant de défaut. Ils prônent notamment l’utilisation de champs magnétiques permanents générés par des aimants limitant ainsi les courants multidirectionnels normalement observés dans les limiteurs classiques, tout en assurant une saturation permanente des noyaux des bobines qui les composent. La conséquence directe de cette caractéristique est un courant de meilleure qualité, une augmentation significative des performances énergétiques, la réduction de près de 20% de la masse de matériaux nécessaires à leur production ainsi que la quasi-suppression des opérations de maintenance.

Dans une société en pleine mutation, où les énergies vertes bouleversent nos modes de consommation et où la demande en électricité n’a jamais été aussi importante, la réduction des coûts de production et de maintenance, la sécurité et la qualité du courant électrique sont devenues des enjeux majeurs. La démocratisation des limiteurs de courant de défaut sur les réseaux publics pourrait permettre de réduire la perte énergétique par déperdition thermique qui représente, en France, jusqu’à 10% de l’énergie que nous produisons ! Une petite révolution pour nos réseaux et pour la planète.

Sources :

Rédactrice : Camille Bordes, doctorante à l’Université Bar-Ilan

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