Les conséquences du dérèglement climatique et son origine anthropique sont maintenant patentes dans de vastes parties du globe. Les rapports se succèdent et les politiques publiques tentent de répondre à ces défis. Parmi les solutions avancées, le développement des réseaux et des systèmes électriques figure en bonne place et ce, particulièrement lorsque la production d’électricité est décarbonée. En effet, les convertisseurs de puissance sont actuellement optimisés pour obtenir les meilleurs rendements sous contraintes de coût et/ou de volume. Cette évolution s’accompagne d’une demande croissante de matériaux (cuivre, terres rares…) dont l’utilisation est très peu optimisée. On estime à environ 50 millions de tonnes la quantité de DEEE (déchets d'équipements électriques et électroniques) générée en 2018 dans le monde et celle-ci pourrait atteindre 120 millions de tonnes d'ici 2050 si rien ne change. La raréfaction des ressources va donc rendre de plus en plus cruciale le développement de cycles vertueux de recyclages des équipements électriques. Dans ce numéro du troisième trimestre 2024, nous vous proposons donc d’ouvrir le thème de « l’écoconception en Génie Electrique » en mettant l’accent sur l’analyse du cycle de vie. « Dossier : Ecoconception en Génie Electrique »

L’article de Hamid Ben Ahmed et de ses collègues ouvre le thème en présentant l’analyse sur cycle de vie (ACV), méthode adéquate pour quantifier et analyser les impacts environnementaux d’un produit. Dans cet article, les auteurs précisent le contexte des ACV et donnent quelques outils, méthodes et données d’ACV liés au génie électrique en s’appuyant sur des exemples concrets. MM. Diop et Malec nous proposent un article sur l'utilisation d’un logiciel qui permet de réaliser une ACV exhaustive de deux types de convertisseurs statiques DC-DC abaisseur de tension : un abaisseur à découpage et un abaisseur linéaire. Dans cet article, Ils comparent l’impact environnemental de ces deux convertisseurs et identifient une piste d'éco-conception. C’est le recyclage des cartes électroniques qui est abordé dans l’article d’Alexandre Chagnes. Il y décrit les étapes du recyclage, impliquant des opérations de concentration physique et des opérations hydrométallurgiques pour récupérer ces métaux. Pour clore provisoirement le thème de l’écoconception (il sera prolongé dans le numéro 114), Gabin Guillemaud et ses collègues proposent un article sur l’étude du coût énergétique et les impacts environnementaux à la fabrication des composants de puissance à base de semiconducteurs à large bande interdite “Wide Band Gap (WBG)”. Alors que le potentiel gain en efficacité énergétique de ces composants est bien connu il y a peu de données d’analyse de cycle de vie (ACV) disponibles pour ces composants. Dans ce papier, les postes les plus impactants sont analysés et des pistes d’éco-conception sont proposées.

On estime à environ 50 millions de tonnes la quantité de DEEE (déchets d'équipements électriques et électroniques) générée en 2018 dans le monde, selon un rapport piloté par l'Organisation des nations unies (ONU). Et celle-ci pourrait atteindre 120 millions de tonnes d'ici 2050 si rien ne change. Sans surprise, ce sont les pays occidentaux et développés qui sont les plus grands producteurs et exportateurs de DEEE. Chacun en rejette 17,7 kg/habitant/an. La gestion des DEEE est directement liée aux matériaux qui les composent (une grande hétérogénéité) et de leur taux de criticité. La Commission Européenne définit une 30ène de matériaux critiques, des matières premières pour lesquelles il existe un risque de difficulté d'approvisionnement du fait de la situation géographique des gisements, l’énergie nécessaire à l’extraction, les besoins présents et futurs. Les enjeux sont également environnementaux, la pollution de la planète n’est plus à prouver et les dégradations écologiques lors de la décomposition des éléments dangereux, les intoxications, étouffements ou blessures causés à la faune lorsqu'elle absorbe ou s'accroche aux déchets sont des évènements, hélas, courants. En 2015, seul 1% des DEEE collectés en France a échappé à la destruction ou enfouissement, pour être réutilisé.

L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) appliquée aux convertisseurs de puissance constitue un outil incontournable pour évaluer leur impact environnemental. Cet article repose sur l'utilisation d’un logiciel qui permet de réaliser une ACV exhaustive de deux types de convertisseurs statiques DC- DC abaisseur de tension : un abaisseur à découpage et un abaisseur linéaire. L'objectif majeur de l’analyse de l’ACV est de repenser la conception d’un objet, d’un service, d’un système afin de réduire significativement son empreinte environnementale, tout en conservant, voire en améliorant, sa performance. Dans cet article, nous comparerons l’impact environnemental de ces deux convertisseurs et identifierons une piste d'éco-conception. Cette étude peut être déclinée sous forme d’un Bureau d'Études/Projet/Stage permettant aux étudiants du domaine EEA de s’initier à l’ACV et à l’éco-conception de convertisseurs étudiés en cours uniquement sur le plan de leurs performances électriques.

Ce document aborde l'économie circulaire appliquée aux cartes électroniques, un type de Déchets d'Équipements Électriques et Électroniques (DEEE). Il présente les enjeux environnementaux et économiques liés au recyclage de ces cartes, riches en métaux précieux. Le texte décrit les étapes du recyclage, impliquant des opérations de concentration physique et des opérations hydrométallurgiques pour récupérer ces métaux.

Les composants de puissance à base de semiconducteurs à large bande interdite “Wide Band Gap (WBG)” sont intéressants pour augmenter l’efficacité énergétique des convertisseurs de puissance, par rapport aux composants conventionnels à base de silicium (Si). Alors que le potentiel gain en efficacité énergétique est connu, le coût énergétique et les autres impacts environnementaux à la fabrication restent peu documentés. En effet, à notre connaissance, il n’y a pas ou peu de données d’analyse de cycle de vie (ACV) disponibles pour les composants de puissance à base de nitrure de gallium (GaN ou GaN/Si) et carbure de silicium (SiC). Dans cet article, nous présentons une analyse de cycle de vie du berceau à la porte pour un composant de puissance GaN/Si, permettant d’identifier les postes les plus impactants et de proposer des pistes d’éco-conception.

De nombreux véhicules intermédiaires faibles consommations sont en train de voir le jour avec la raréfaction de l’énergie bon marché et la décarbonations de la mobilité. Cet article présente les conditions d’adéquation entre le prix, la masse, la consommation, l’autonomie, le volume utile et la fiabilité pour qu’un véhicule intermédiaire puisse trouver un marché porteur. Le déclin de la production de pétrole et la stagnation du nombre de centrale électrique vont faire que l’énergie va peser de plus en plus lourd sur le budget des ménages. Le coût de l’énergie contraindra la consommation nécessaire à la mobilité et la gestion des ressources. Dans un monde aux ressources limitées (matière, revenus, temps, consommation d’énergies caloriques et électriques, obsolescence), la question du choix du véhicule adapté à l’usage devient de plus en plus pertinente.

Après une première introduction à la cybersécurité des systèmes industriels proposée à l’ouverture de ce dossier, nous nous concentrons ici sur une application d’automatisme industriel avec OPC UA et sur la sécurité des objets connectés avec une attention particulière portée sur les protocoles utilisés pour le LoRaWAN et le ZigBee L’article d’application pratique de OPC UA est proposé par Louis Lalay et Anthony Juton. Il décrit la simulation d’un système de château d’eau dialoguant en OPC UA avec le superviseur. Cette étude réalisée à l’aide d’un nano-ordinateur Raspberry Pi 4 bon marché peut aisément être utilisée en TP et permet l’étude d’OPC UA en tant que protocole sécurisé d’automatisme industriel. Les trois articles sur la sécurité des objets connectés, écrits par Maxime Seychehay, permettent de bien comprendre quels sont les outils mis à disposition pour sécuriser les échanges de données. Dans les articles sur le LoRaWAN et sur le ZigBee l’auteur insiste sur les choix importants qu’un développeur d’application IoT doit faire pour assurer la sécurité de son application. Il y aura un dernier volet cybersécurité au troisième trimestre 2024, avec notamment une application pédagogique bluetooth Low Energy sécurisée, toujours écrite par Maxime Seychehay. Il serait intéressant que les personnes ayant des applications cybersécurité à partager proposent leur sujet.

Après la série d’articles d’introduction publiés dans le numéro 111, nous vous proposons ici deux articles d’approfondissement sur le thème de l’électronique de puissance. L’article de Modar Jomaa et de son équipe du Satie, décrit l’application de l’électronique de puissance au problème du dégivrage des ailes d’avion. La solution de dégivrage piézoélectrique proposée dans cet article semble être une alternative efficace et plus économique en termes de coût, masse et encombrement que les technologies traditionnelles. Plusieurs topologies de convertisseurs statiques sont présentées et simulées. Un démonstrateur de la solution retenue a été développé pour valider le choix proposé. L’article d’Adrien Voldoire permet d’approfondir nos connaissances sur la conception des onduleurs de tension, qu’ils soient utilisés pour l’entrainement de machines triphasées ou pour la connexion à des réseaux de distribution ou embarqués. L’analyse comparative de trois dimensionnements permet de comprendre les enjeux sous-tendant le dimensionnement des onduleurs de tension et l’usage de structures multiniveaux.