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Green Electronics with Diamond Power Devices

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Les diamants ont devant eux une brillante carrière dans la production d’énergie verte

Le matériau semi-conducteur ultime pourrait jouer un rôle clé pour rendre notre réseau électrique plus efficace.

Énergie

La production d’électricité à faible émission de carbone est essentielle pour que l’Europe atteigne ses objectifs en matière d’émissions. Rendre la production d’énergie durable aussi efficace et rentable que possible est un élément clé de ce défi. «Les parcs éoliens offshore en sont un bon exemple, car l’énergie doit être transportée vers le continent par des câbles sous-marins», explique Etienne Gheeraert, coordinateur du projet GreenDiamond et rattaché à l’Université Grenoble Alpes, en France. Pour transporter cette électricité, deux convertisseurs haute tension sont utilisés: l’un se trouve dans le parc éolien et l’autre sur le continent. Ces convertisseurs contiennent généralement des dispositifs de puissance en silicium. «C’est un point faible», explique Etienne Gheeraert. «Le silicium est bon marché, mais c’est un mauvais matériau pour conduire l’électricité à haute tension.» Ce choix entraîne des pertes élevées lors du transfert d’énergie.

Miser sur la puissance du diamant industriel

Le projet GreenDiamond, financé par l’Union européenne et coordonné par le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), avait pour objectif de répondre à la demande de l’industrie en matière de semi-conducteurs alternatifs. Ses recherches se sont concentrées sur un minéral plutôt synonyme de luxe et de décadence: le diamant. «Un message important ici est que la production de diamants n’est pas coûteuse!» note Etienne Gheeraert. «Il est en fait assez facile à fabriquer à partir de méthane et d’hydrogène ou de graphite.» Ce procédé donne une qualité cristalline bien meilleure que le diamant naturel. «Le diamant est le semi-conducteur ultime», ajoute Etienne Gheeraert. «Aucun semi-conducteur ne présente de meilleures propriétés intrinsèques. Nous sommes encore à l’ère du silicium, mais avec le graphène, les nanotubes et le diamant, nous sommes sur le point d’entrer dans celle du carbone.» La valeur des diamants industriels est actuellement liée au marché des pierres précieuses, sur lequel les prix sont nettement majorés. Etienne Gheeraert est persuadé que les deux marchés (industriel et de la joaillerie) ne tarderont pas à se scinder, avec un marché technologique émergent offrant du diamant synthétique à bas prix. «Le premier défi auquel nous avons été confrontés a été la fabrication d’un nouveau convertisseur incluant en son sein des dispositifs de puissance en diamant», explique Etienne Gheeraert. «Cela a nécessité le développement d’une technologie de semi-conducteurs pour le diamant s’appuyant sur la technologie standard du silicium.» L’équipe du projet a également mis au point un boîtier de dispositifs permettant de gérer une forte puissance et des températures élevées, jusqu’à 250 ºC. «Nous voulions nous assurer que notre convertisseur était aussi fiable qu’un convertisseur ordinaire», explique Etienne Gheeraert. «Il s’agit là d’un élément essentiel. Aucune maintenance ne doit être nécessaire pour les convertisseurs de puissance offshore.»

Conquérir le marché

Des progrès significatifs ont été réalisés sur plusieurs technologies clés, notamment la conception des dispositifs en diamant, du boîtier haute température et haute puissance et du convertisseur en diamant. Les premières évaluations laissent entendre que les dispositifs de puissance en diamant sont quatre fois plus efficaces que les convertisseurs traditionnels en silicium, ce qui se traduit par une réduction potentielle de 75 % des pertes d’électricité. «En fin de compte, tous les systèmes électriques de haute puissance pourraient économiser de l’énergie en intégrant des dispositifs en diamant» observe-t-il. Parmi les applications potentielles, on compte les lignes électriques longue distance, les avions et les convertisseurs industriels. La production d’hydrogène pourrait être un autre utilisateur final viable, car elle nécessite une énorme quantité d’énergie électrique. L’objectif est maintenant d’éveiller l’intérêt de partenaires industriels. Le diamant est encore associé à un produit de luxe au prix élevé. Une communication efficace est nécessaire pour promouvoir le potentiel de la production industrielle de diamants à faible coût. Etienne Gheeraert et son équipe pourront alors s’orienter vers la commercialisation. Les partenaires du projet ont déjà créé deux start-up dédiées à l’électronique du diamant. L’engagement fort et continu des partenaires industriels dans le développement de cette technologie, ajoute Etienne Gheeraert, a été l’une des principales réalisations du projet. Etienne Gheeraert est convaincu que la technologie de l’électronique du diamant dominera le marché. «Il est essentiel que nous poursuivions cette recherche en Europe», déclare-t-il. «Sinon, le marché de la conversion d’énergie par le diamant sera dominé par d’autres.»

Mots‑clés

GreenDiamond, énergie, diamant, semi-conducteur, durable, éoliennes, électronique, carbone

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