FIT
Bonjour on attend encore une ou deux personnes qui nous rejointent voilà bonjour à tous bienvenue Bienvenue au colo KAC 2023 je vais tout de suite donner la parole à Magalie vessierre qui est vice-présidente de de fit l’association des IRT et j’introduirai ensuite col en terme de d’historique et
D’objectif donc Magalie je je te donne la parole et puis ensuite Philippe Michalon qui fait partie de l’équipe nanoelec présentera le programme de la journée alors ne vous inquiétez pas je vais être extrêmement Brè euh HUG à mentionner que j’étais vice-présidente de la fite mais accessoirement je suis aussi présidente de l’IRT saint-exupéri
Et j’ai eu le plaisir aujourd’hui d’accompagner Claude claude Arnaud qui est aussi dans nos rangs euh qui lui est président de la fite pour une on avait organisé une conférence de presse avec Bruno Bonel le secrétaire général pour l’investissement euh on lui a présenté je dirais le bilan
Euh des 10 années passées qui correspondent à la période depuis l’origine des irtite euh et on présenter les perspectives euh offertes par la fit qui s’organiseraiit de plus en plus en sous forme d’alliance ou sous forme de coopération interinstitut et j’ai le plaisir de vous dire que il il s’est
Montré comme un fervant défenseur du rôle des irtite dans l’écosystème de la recherche française euh il a il a eu des mots très encourageants euh sur même notre avenir sur la période 2025-230 et vous savez que c’est la période qui est encore en construction pour lequel on formule un certain nombre
De projets pour le futur euh j’ai beaucoup aimé sa petite phrase imagée en disant mais on ne va pas freiner sur la glace quelque chose qui est partie aussi bien et aussi vite hein et c’est le quelque chose en question c’est nous c’est vous donc c’était des mots extrêmement encourageant j’espère qu’il
A réussi à convaincre les journalistes comme il a réussi à me convaincre moi voilà euh à part ça encore une fois juste pour terminer en disant la coopération interinstitut est un axe d’amélioration de du fonctionnement de tous nos instituts pour à la fois je dirais offrir à nos partenaires
Une une gamme de d’expertise qui est plus large que celle que ce que peut faire chaque institut à l’échelle individuelle pour pour augmenter si je puis dire l’impact que donc vous pouvez avoir collectivement pour attirer des jeunes talents aussi qui qui ça leur donne des perspectives de carrière éventuellement
Dans d’utre secteur dans d’autrre région qui peuvent être aussi intéressant donc je suis heureuse de pouvoir ouvrir ce ce colloque interinstitut et je vous souhaite une journée extrêmement fructueuse merci à vous merci beaucoup Magali donc le le premier point que je voudrais souligner c’est que euh cet événement aujourd’hui est le fruit de
Deux de deux processus en fait le premier c’est que dans le cadre de l’IRT nanoelec on a mis en place une plateforme de caractérisation qui s’appuie sur les grands instruments euh présents sur le campus de Grenoble en particulier la source de lumière de le SRF et puis des sources de neutrons à
L’Ill et au CNRS et et dans dans ce cadre-là euh le programme visait à mettre à disposition de l’industrie électronique parce qu’on n’oublie pas qu’on est des IRT des ite donc on est au service d’un d’un écosystème industriel mettre à disposition des industriels un ensemble de compétences d’expertise scientifique euh pour mieux comprendre
La matière en particulier pour les les composants de la filière électronique donc et cet événement kak existe maintenant depuis 10 ans hein c’est la 10e on célèbre la la la 10e année euh et c’était un des éléments de structuration de l’offre pour donner de la visibilité aux industriels euh de ces plateformes
De ces moyens de ces compétences il y a 18 mois on était ici euh déjà avec syintexupéry et avec vdcom et on faisait le bilan d’un projet qui s’appelait power gun qui a visé à développer une filière de composants innovants pour la la conversion d’énergie et à cette
Occasionlà eo qui était là puisqu’il a témoigné sur certaines activités autour du GAN en particulier en terme de caractéris tion avait discuté avec Pierre mouler de laanr et Pierre nous avait dit ça serait pas mal que finalement dans le Main de la cara on profite qui a de nombreuses plateformes
Au sein de la fit pour mettre en avant les liens et donc on se s’est dit ben on se donne comme objectif d’essayer de monter quelque chose en en 2023 et donc nous voilà on a réussi je vais commencer par remercier ben la mobilisation non seulement de l’équipe
De nanoelec mais aussi de l’IRT saexupéri de l’IRT rayenium de l’IRT supergrid dans de supergrid de l’ITE ipvf et de et de l’ITE Ines 2S vous aurez des présentations de chacun d’entre eux au cours de la de la de la journée donc je vais pas les présenter plus en détail
C’est le collectif qui a permis de faire cet événement de montrer qu’en fait on a des plateformes complémentaires et qu’on est capable de de de servir le le dispositif euh euh donc vous avez l’occasion de rencontrer notre communauté on a structurer des documents qui présentent un peu l’ensemble des compétences qu’on
A vous aurez l’occasion aussi de rencontrer des industriels partenaires des IRT ite l’objectif pour nous c’est que vous vous rendriez compte en tant qu’industriel que vous pouvez accéder à un ensemble de plateformes de compétences d’expertise à travers ces points alors Eno tu vas te lever parce
Que c’est quand même toi qui a qui a organisé cet événement vous le verrez intervenir cet après-midi je crois au cour du table ronde merci [Applaudissements] encore il y a six si six instituts qui sont représentés aujourd’hui mais en fait on accède aussi via l’alliance matériaux par exemple aux compétences
D’autres instituts et je vais donner la parole maintenant à à mon adjoint Philippe qui va qui va présenter rapidement la la la journée le programme avant qu’on attaque je vais rester sur le côté là merci HUG euh très heureux de vous retrouver ici d’avoir le plaisir de vous présenter l’agenda pour cette
Journée consacrée à la caractérisation des matériaux euh sous les figis de de fit euh la caractérisation englobe un vaste ensemble de de procédés permettant l’évaluation de la structure et les propriétés des matériaux d’un composant ou d’un système elle permet d’appréhender des des phénomènes mis en jeu et de construire des des modèles
Prédictifs en terme de fiabilité d’évolution de vieillissement et de sécurité ainsi la caractérisation est un processus fondamental pleinement intégré au développement des matériaux des composants et des produits en son absence toute compréhension approfondie scientifique technique d’une démarche d’ingénierie demeure hors d’atteinte hein faut bien considérer elle est en constante adaptation en
Fonction des nouvelles problématiques au sein des tels que le cycle de vie les secondes vie les composants ont la prise en compte de nouvelles perturbations donc on est sans arrêt en train de l’adapter les uns et les autres la caractérisation contribue à améliorer les processus de fabrication
De traitement et mise en en œuvre des matériaux et composants pour atteindre des performances optimisées sur l’ensemble de la chaîne de la valeur des produits elle implique la mise en œuvre multiéchelle de nombreuses techniques très diverses inopérando parfois destructif parfois puis l’analyse de la matière à l’échelle atomique jusqu’aux
Systèmes les plus complexes on fait toute la chaîne de la valeur n’oublions pas l’importance de la préparation et les conditionnements des échantillons d’études tout tout comme la consolidation et interprétation des données qui constiue une part prépondérante du travail de caractérisation la communauté de la de la caractérisation implique un large
Spectre d’acteurs industriels en tant que utilisateurs finaux de fabricants d’équipement de composants d’institutions de recherche des organismes technologies ainsi que des des établissements d’enseignement supérieur des données de caractérisation guide les chercheurs des ingénieurs dans l’optimisation des techniques des architectures qu’il déploie et les conditions de réalisation associée pour l’industrie elle fournit
Des données pour garantir le bon fonctionnement et l’analyse des défaillances la maîtrise de l’empreinte environnementale et les données d’utilisation des produits finaux elle contribue à la fiabilisation des procés industriels à la confiance et à la crédibilité technologique qu’on peut apporter de ce fait la caractérisation est indispensable et pleinement intégré
Au développement technologique conduit par les ite et IRT réuni au sein de l’association fit le colloc KAC 2023 pour but de présenter le potentiel des instituts fit en matière de caractérisation tant du point de vue des performances des plateformes que de l’excellence des équipes au cours de la
Journée de nombreux sujets vont être abordés documenter et présenté au travers d’exemples applicatifs permettez-moi de vous présenter ce qui nous attend dans cette journée carac 2023 donc là faut passer au SL d’après 10h 10h aldel alel CRIM ta Alou directeur valorisation de l’innovation ralenum animera une présentation sur le thème de
Concevoir des matériaux avancés caractérisation multi-échelle caractérisation avancée des modules et des et des cellules photovoltaïques analyse de dégradation inoparante d’au de cellules PVO rondement fiabilité des transformateurs de traction poloferroviaire à 11h45 Narcisso camb Corti responsable du programme nanocaractérisation et méthodologie au CEA lesti anumera une session pour mesurer et
Garantir la fiabilité des dispositifs et des des systèmes divers sujets seront présentés tels que la fiabilité des composants grand Gap pour la conversion d’énergie le diagnostic avancé des basteries pour favoriser leur utilisation en seconde vie la fiabilité des diéctrique et des isolants la réutilisation des tirfonds usagés pour le développement durable et la
Sécurité et le SRF se posera la question de comment repousser les limites de caractérisation des matériaux en son sein à 14h30 Costa cariis professeuruniversité nationale d’Athène nous partagera la feuille de route du Conseil européen pour la caractérisation des matériaux cette feuille de route décrit des actions pour répondre au
Besoin d’un large éventail d’acteurs dans le domaine de la caractérisation des matériaux et avoir un impact sur les communautés de modéisation et de fabrication des matériaux à 15h et Capria directeur du programme caractérisation de alirt nanoec animera une discussion avec son panel d’invités en apportant des éléments de réponse à
La question la caractérisation peut-elle nous faire avancer sur la voie du développement durable à son tour à 15h15 Grégory Flandrin directorat du programme Ia pour le système critique à saintex et ses invités répondront à la question comment tirer le meilleur parti des donné de caractérisation à 17h nos directeur
D’institut Tet clôturant la journée en partageant leur point de vue sur les perspectives et enjeux de la caractérisation pour les technologie de demain cette journée de caractérisation est ponctuée par des postcafés et bien entendu par un déjeuner autour d’un buffet qui seront des moments privilégiés pour rencontrer échanger de façon plus intimiste
Profiter de ces moments pour que chacun puisse le meilleur tirer le meilleure parti de cette journée c’est le moment de rencontre important sous le couvert de fit et de l’ensemble des irte ite associés nous vous souhaitons une journée riche de découverte et de rencontre merci beaucoup merci Philippe avant d’appeler
Abdelkm pour la première session je voudrais signaler que l’événement est aussi en ligne on va on va on va pouvoir récolter des questions au fur et à mesure des interventions pour pouvoir les poser en fin de session François tu confirmes donc et puis la salle bien sûr pourra intervenir donc abdelk je te
Donne la parole et je te fais démarrer merci beaucoup merci Huga donc j’ai l’honneur de de commencer par la première session ça c’est pour changer de slide he c’est ça ah oui ok très bien d’accord ok bon ben écoutez je vais faire ma petite introduction donc vous
Avez une petite introduction sur sur la caractérisation on y est super merci ok donc cette session va s’intéresser à à à ce qu’on appelle la safety by design donc faire en sorte d’utiliser la caractérisation pour pour rendre nos systme plus sûr donc imaginez que que vous puissiez voir à l’intérieur
Des matériaux des composants ou des système sans les endommager et comprendre comment il fonctionnent comment ils réagissent à différents paramètres qui peuvent être la température la pression et cetera comment ils se dégradent ou comment ils peuvent être améliorés c’est ce que permet la caractérisation qui est essentiel pour
Développer des modèles de prédiction qui améliorent la fiabilité des Sy système et donc leur performance et leur sécurité elle est donc indispensable pour innover et créer de nouveaux matériaux de nouveaux composants de nouveaux systèmes et cela comme ça va vous être montré dans la journée pour nous permettre de
Répondre aux besoins actuels et futurs de notre société donc la caractérisation s’inscrit vraiment dans dans la transformation la décarbonation la réduction d’énergie et et cetera alors cette session qu’est-ce qu’on va faire dans cette session on va vous montrer comment la prise en compte des procédés de caractérisation dès la phase de
Conception donc on va s’intéresser au cycle de vie de développement d’un d’un produit comment cette caractérisation permet de développer des systèmes performants et sûrs nous allons vous faire découvrir quatre exemples concret donc on va vous montrer que que qu’il y a des possibilités et que et qu’elles peuvent peent atteindre des TRL élevés
Euh procéd appliqué à trois domaines technologique on va s’intéresser tout d’abord à l’électronique avec un cas qui nous sera présenté autour de l’utilisation des rayons X le PV et les matériaux donc sans plus attendre je vais demander à aux participants de cette session de nous rejoindre donc
Julien leur wilfri Favre Smail Diani et Romain baudieu s’il vous [Applaudissements] plaît vous pouvez prendre place je pense hein ça sera plus convivial alors on va tout de suite rentrer dans dans le le vif du sujet et le premier intervenant sera le premier orateur qui va rejoindre le plateau d’éloquan ce sera Julien
Leeœur qui est ingénieur de recherche à l’IRT saintexupierie et Julien ce qu’il va faire il va nous dire comment il utilise l’imagerie X pour analyser et comprendre les défaillances de soudure dans une carte électronique un vaste sujet Julien si tu veux bien aller sur le plateau merci merci beaucoup oup pour
L’introduction bonjour à tous alors effectivement aujourd’hui je vais essayer d’aborder avec vous les l’imagerie X qui va être appliqué au matériaux pour l’électronique et notamment dans le cadre de l’analyse de défaillance de brasure de carte électronique avec comme idée de venir réaliser un monitoring du développement des fissures en cours de vieillissement
Thermique alors c’est un projet qui a été réalisé avec mon collègue Pierre Roumanille dans le cadre d’une d’un sujet innovation qu’on avait proposé à qui nous permet en fait de réaliser des des petits projets de recherche en fond propre donc voilà ça nous permet de pouvoir développer hors grand projet un
Certain nombre de d’éléments alors si je peux avoir merci alors juste quelques mot au niveau de de l’IRT saint exupéri donc nous sommes un IRT qui est réparti sur quatre sites donc le site de Bordeaux le site de Toulouse le site de sopia antipol et une plateforme également à Tarb et
Libert saint exupéré est un acteur majeur des secteurs aéronautiques du spatial et de la défense et il s’articule autour de H positionnement d’excellence donc je vais pas rentrer dans le détail mais ça va regrouper tout ce qui va concerner les matériaux à très haute valeur ajoutée et leur pendant numérique on va
Également avoir pour la partie électrification tout ce qui va concerner les systèmes d’isolation électrique et puis également la conversion de de puissance électronique avec les les composants grand gap notamment qui vous seront présentés par Fabio cachetti dans la seconde session ce matin on va également être un acteur
Majeur au niveau de la la partie numérique et l’intelligence artificielle euh donc via des grands projets fondateurs sous forme de de grandes collaborations comme les projets anity les la la charte la charte d’excellence anity on va également avoir des collaborations avec différents IRT comme BICOM pour tout ce qui va concerner la
La partie 6G ou également l’t systemm X pour pour la partie intelligence artificielle alors concernant le le sujet du jour donc l’idée c’est de venir localiser les l’origine de défaillance dans les dans les circuits électroniques lorsqu’ils sont soumis à un vieillissement on va parler de vieillissement thermi vieillissement
Thermique pardon dans notre cas et d’essayer de comprendre d’où viennent ces défauts et comment améliorer finalement les propriétés matériaux alors la plupart du temps quand on réalise des des de la recherche de l’analyse de défaut dans les circuits électroniques quand on est travaill sur des cartes électroniques on réalise un
Très grand nombre de découpes de ces cartes on va réaliser des microction donc on les soumet à un cycle de vieillissement on va réaliser ensuite des microosections et des observations microscopique que ce soit en microscopie optique en MEB en microscopie en transmission donc majoritairement on va plutôt trava triller en fait sur des
Essais qui on va qualifier de destructif ce genre d’essai ça ne permet pas finalement de réaliser des suivis précis des composants de façon individuelle et notamment pour une même carte dans au cours d’un même cyclage un d’autres un des autres des désavantag de cette méthode c’est aussi la précision des coupes lorsqu’on va
Réaliser une découpe un polissage on sait pas toujours où est-ce qu’on tombe exactement on peut passer à côté des défauts ou pire on peut également en créer de nouveau en réalisant de la fissuration qui n’est pas désiré euh également un aspect qui est intéressant aussi c’est le coût engendré par ce
Genre d’étude puisque dans quand on réalise des cyclages complets de nombreuses cartes avec beaucoup de composants on va être confronté à de nombreuses découpes et donc ça va dire une destruction de de beaucoup de cartes électroniques un moyen également de caractériser la défaillance dans nos systèm c’est de réaliser des mesures en
Résistance lors du du du cyclage donc on va faire des mesures en résistance en différents points de la carte pour différents composants donc nous on travaille entre – 55 et + 12 5°gr euh on va avoir des rampes de 10°gr en en montant en température en descente et
Puis on va réaliser des temporisations de l’ordre de 15 minutes et l’idée en fait c’est que lorsque l’on va rencontrer en fonction du composant que l’on suit une défaillance on va rencontrer une très forte résistance et ça ça va nous permettre de dire que notre système est du coup en défaillance
Et alors comment on essaie de localiser ce genre de défaillance ça c’est un point assez critique on sait qu’on a une défaillance mais on sait pas exactement où et qu’est-ce qui la cause et puis également bah l’idée c’est essayer de suivre le cycle de vie en par avec les
Différents composants tout tout tout au long de du du cyclage alors l’approche employée pour pour cette étude en fait ça consiste à à travailler à partir de ce qu’on appelle de l’imagerie x non destructive alors je précise de laboratoire parce que nous on va pas travailler sur des grands
Instruments on est équipé au sein de l’rt d’un d’un système de de tomographie X euh alors je vais vous expliquer assez rapidement les les les approches que l’on qu’ l’on a pratiqué donc d’un côté vous pouvez avoir la partie tomographie X qui est un outil on va générer une
Visualisation de la structure interne des matériaux euh en 3D donc on a un échantillon qui est positionné sur une platine motorisée et on va récupérer des projections radiographiques en faisant tourner notre notre échantillon et ensuite on va grâce à un algorithme mathématique reconstruire à l’intérieur de notre objet et pouvoir ensuite
L’analyser de façon qualitative et quantitative ça c’est une approche qui est est maintenant de plus en plus utilisé aussi bien pour l’industrie électronique que pour tout un tas d’applications matériaux en terme de caractérisation et on a également une deuxième approche qui va nous intéresser aujourd’hui qui s’appelle la la
Laminographie X alors par rapport à la tomographie X la laminographie elle a l’avantage de pouvoir imager des grands composants plans la tomographie X sur les cartes électroniques c’est pas mal mais si on a des très très grandes cartes on se retrouve confronté à des problèmes de résolution puisque qu’il faut faire
Tourner notre carte sur 360° sur la platine motorisée donc ça ça crée des des des soucis on va perdre en résolution puis également le fait de traverser beaucoup de matière lorsque la carte est parallèle à la direction du faisceau de rayon X c’est pour ça qu’on va plutôt travailler avec une approche en
L’aminographie donc vous avez ici le un schéma en haut à droite qui vous présente le type de d’analyse que l’on effectue donc c’est un finalement un déplacement en translation qui est réalisé sur notre carte vous vous avez sur la l’animation les radiographie qui circule donc ça vous montre un petit peu
Le le déplacement que l’on opère donc on effectectue pas de rotation et ça ça nous permet de venir nous rapprocher très fortement de notre tube à rayon X et donc d’avoir des images qui sont bien résolues alors il existe plusieurs types de laminographie vous avez également la possibilité d’avoir une platine de
Rotation qui est inclinée là ça vous permet de réaliser des images qui seront de meilleure qualité mais par contre ce n’est pas toujours disponible sur les appareils que l’on va trouver en laboratoire par contre si vous allez faire du rayonnement synchrotron vous allez retrouver ce genre de ce genre
D’approche l’avantage de cette approche par contre c’est que par rapport à la l’aminographieans translation qui va vous donner une information plutôt dans la profondeur de l’échantillon on va qualifier plutôt ça de méthode de 2,5D la rotation inclinée va elle permettre de pouvoir reconstruire des images en 3D plus
Proprement alors dans notre cas on va je vais vous présenter des des éléments concernant la partie laminographique en translation et notamment bah à quoi s’attendre en terme de détection de fissure alors l’idée c’est de réaliser un premier test préliminaire avec une carte qui a été soumise à un cycle à
Très nombreux cycles on est autour des 2500 cycles à ce niveau-là on sait que sur les cartes que l’on observe on a de fortes chances d’avoir fissuré nos nos matériaux alors on a ce genre de de carte électronique là que vous avez à gauche et là on va s’intéresser à un de
Ces composants qui est le le composant QFN et donc on a réalisé une laminographie complète de la carte à une première résolution de 2 micromè alors c’est une donc ici c’est un zoom sur un tout petit élément du du QFN donc au niveau du de la brasure donc c’est une première
Résolution qu’on a réalisé avec notre notre système de tomographie et on voit très nettement des fissures qui sont symbolisées par par la la partie avec les les flèches blanches vous avez également des des zones de cavité qui sont très très importante euh et on a réalisé ensuite une deuxième laminographie mais une résolution
Beaucoup plus fine on a fait ça avec nos collègues de chez Lmk qui sont équipés d’unun tomographe sumicronique et là l’idée c’est de venir confirmer au qu-ce qu’on arrive bien à voir avec notre système de tomographie ces fissurations donc la réponse semble oui mais pour encore plus confirmer ces
Éléments et voir à quoi ressemblent ces fissures on a également la partie on a réalisé des coupes tomographiques donc en section horizontale comme vous pouvez voir sur l’image du centre et également coupe euh verticale et qu’on a comparé directement avec la partie en euh en observation optique donc on a quand même
Globalement une très très bonne concordance et donc pour la suite du travail on est resté avec ce qu’on sait faire avec notre système à savoir réaliser de la détection à 2 MICR euh ici c’est un autre exemple donc vous avez la la comparésent entre la lamino et la tomographie donc si on s’intéresse
Sur la la partie droite vous avez de la fissuration je sais pas si on voit très très bien à l’image mais bon ce sont des des zones qu’on arrive à à observer et à comparer avec la partie tomographie par contre sur l’image en bas c’est un petit
Peu peu plus délicat la zone de fissuration était plus complexe euh par contre l’avantage de la partie laminographie c’est les temps de scan et ça ça va avoir un importance par rapport à la zone on est à 7 minutes pardon à la dosimétrie on est à 7 minutes sur la
Laminographie on va être à 3h15 sur la partie tomographie Julien je vais vous demander de d’corter pour ça marche alors du coup juste pour pour conclure on a réalisé ça sur des BGA donc on voit qu’on a très facilement la la possibilité de venir travailler avec des zones de fissuration complexes aussi
Bien sur les deux interfaces donc ça fonctionne très bien pour les BGA ça fonctionne très bien pour les résistances et si on s’intéresse à l’aspect monitoring on voit tout de suite qu’on intervient entre 400 et 700 cycles un début de de fissuration on a on a des
Des très légères modifications du de de la géométrie des porosités qui s’accentuent entre 700 et 10000 cycles et qui deviennent très très importants à 1500 cycles ce qui correspond si on regarde à notre courbe à peu près à la zone d’endommagement voilà donc c’était dans l’idée de vous présenter cette
Méthode parce que c’est un outil qui est vraiment intéressant pour le suivi l’aide à la compréhension des des matériaux et également tout ce qui va considérer tout ce qui va consister à la réalisation de bibliothèque de défaut en comparaison avec donc la partie tomographie la partie observation microscopie optique et
Tomographie voilà et également aller vers des modèle de simulation merci Julien désolé pour avoir pressé un peu le temps mais comme on a un timing assez serré je vous propose de prendre une question dans la salle ou à des distance et ensuite d’avoir des questions par ailleurs donc ceux qui veulent
Intervenir lève la Maine question est-ce que ça Marchei pour les pour les on a vu les BGA et puis les composants de surface est-ce que c’est valable aussi pour les composants traversants c’estd traversant dans le dans le circuit dans le dans l’axe du circuit imprimé alors c’est plutôt fait
Pour des des choses relativement plan planes donc il faut voir après éventuellement plutôt utiliser de la tomographie faut ça dépend un petit peu de la géométrie de de ce qu’on cherche à observer merci merci ah il fonctionne merci [Applaudissements] beaucoup on était dans le domaine de l’électronique hein et ce que je vous
Propose maintenant c’est de nous intéresser au domaine du photovoltaïque avec Romain Baude alors romain il est ingénieur à EDF et il va nous éclairer sur la manière dont il utilise la plateforme de l’IPVF pour caractériser les cellules photovoltaïques de demain bonjour à tous merci pour cette introduction alors effectivement
Aujourd’hui je vais vous parler de caractérisation avancées pour l’étude des cellules et des modules photovoltaïques donc nous pour pour pour rappeler un peu donc on on est une équipe EDF qui est installée dans les locaux de l’IPVF et puis on on cherche à faire le lien entre les projets ipvf et
Puis les besoins qu’on a du côté de DF alors déjà pour rappeler un peu le contexte de de ce travail là euh ici je vous présente donc les quelques chiffres sur le photovoltaïque qui sont tirés d’un d’un ouvrage qui a été écrit par par des chercheurs du CNRS à l’IPVF euh
Donc on apprend pas mal de choses euh donc le aujourd’hui c’est 18,6 TW soit 4,5 % de l’électricité consommée en France en 2022 euh c’est une énergie qui maintenant compétitive avec 50 € du mgawh pour une centrale au sol les centrales maintenant elle duent jusqu’à 30 ans voir plus avec une perte linéaire
Qui est qui est constante autour de 0,5 % par an au niveau industriel c’est un c’est un domaine qui est complètement dominé par la Chine puisque 75 % de la production mondiale est dominée par par la par la Chine sur tous les segments de
La chaîne de production et et il y a un potentiel aussi assez important sur le photoic puisque on attend de 90 à 250 TWh installé en 2050 soit 5 à 14 fois plus que ce qui est fait en 2022 donc nous côté EDF on est on est surtout sur
Ce dernier dernier segment sur l’installation des centrales photovoltaïques donc c’est un domaine qui est l’installation des centrales photovoltaïques c’est un domaine qui est très concurrentiel et si on veut rester compétitif c’est important pourf de de chercher à s’approvisionner avec des modules qui sont touour plus performant et ça ça va nécessiter d’utiliser des
Nouvelles technologies de plus en plus complexes on voit par exemple l’arrivée des des perc depuis 2014 qui a complètement dominé le le marché en 2022 et qui se fait progressivement remplacer par les topc pour pour disparaître voilà donc en 2030 il y aura quasiment plus
Des top sur le marché et puis on voit aussi apparaître des nouvelles des nouvelles technologies donc les éorjonction qui commence à plutôt bien s’implanter et puis les tout ce qui est technologie tandem euh donc donc nous côté EDF en fait on va utiliser le bras de levier de l’IPVF donc se basant sur
Ces compétences là les compétences de l’IPVF et puis la plateforme de l’IPVF pour anticiper l’arrivée de ces nouvelles technologies et puis aussi comprendre le fonctionnement de de ces technologies et et voir aussi leur mécanisme de dégradation alors quelques exemples d’études là je vais vous montrer un un
Rapide panorama de ce qu’on fait hein donc en ce qui concerne la fiabilité des cellules et des modules photovoltaïques euh donc comme je disais les technologies sont de plus en plus complexes en fait les cellules sont composé d’une grande variété de matériaux euh donc au niveau cellule
Donc là je représente en haut à droite une une cellule perc silicium donc on on a le bloc silicium qui on voit qui est avec des matériaux à l’interface en surface du du Wefer et en fait quand on va aller sur des cellules tandem on va avoir quelque chose d’encore plus compliqué puisqu’on
Va reprendre cette cellule silicium et on va ajouter une cellule qu’on dit peréroskit par-dessus d’où d’où le nom tandem et donc avec ce type de cellule on va pouvoir atteindre des rendements théoriques jusqu’à 42 %. euh là où le silicium est plafonné à 29 %. donc ça
C’est des euh donc on s’attend donc qu’il a qu’il a plus de plus en plus de défaillance au niveau cellules he puisque on a de plus en plus de matériaux plus d’interfac donc on on s’attend à ça donc on va chercher à développer des des équipements et des
Outils de caractérisation euh pour euh bien euh comprendre ce qui se passe à l’intérieur au niveau des interfaces notamment et puis il faut aussi quand même garder en tête que euh actuellement si on regarde les modules silicium la les principal principales caus de défaillance c’est pas au niveau de la
Cellule mais c’est au niveau de tout ce qui a autour le ce qu’on appelle le packaging en fait notamment les encapsulants et puis et puis les tout ce qui est interconnexion et les contacts électriques donc il faut non seulement développer des méthodes pour bien caractériser les semiconducteurs il va
Aussi falloir avoir des méthodes pluridisciplinaires pour pouvoir caractériser les polymères donc les encalsulant les backheet qui sont en face arrière des des modules et puis les métaux qui qui qui composent des interconnexions alors VO ça c’est un bref aperçu de la plateforme de l’IPVF donc là je montre
Un peu les équipements un peu clé pour l’analyse des cellules des modules donc en fait avec ces équipements là en fait on peut faire tout un tas de caractérisation la composition la morphologie les propriétés optiques proiés électriques et on va aussi pouvoir analyser toutes les parties des composants tous les
Composants pardon donc ça soit le ver l’encapsulant la cellule les métallisations et les backhe donc là maintenant je vais vous montrer un peu quelques exemples d’application là du côté de DF en fait on a on a cherché à faire un un du contrôle de la qualité des modules et
Donc on a on a on a cherché à qualifier un outil portable c’est le petit le le petit équipement le petit outil qu’on voit dans sur la photo là dans la main euh de spectroscopie infrarouge donc l’idée ici c’était de reprendre cet équipement là parce que c’est un
Équipement qui est non destructif on va pouvoir on va pouvoir mesurer directement sur le module sans avoir à à faire de la préparation de d’échantillon c’est rapide et c’est bacoup et puis côté on a côté ipvf on a donc la spectroscopie ramament ça va nous aider
À à mieux comprendre ce qu’on fait sur l’analyse infrarouge parce que c’est une technique qui est très utilisée et qui qui est qui beaucoup d’études dans la littérature c’est c’est très précis et c’est robuste donc on a mené une étude en fait de comparaison avec une quinzaine de modules comme ça composé de
Différents back sheet hein donc on a fait les mesures en spectroscopie ramament on a établi la base de données et puis on a fait les comparaisons le spectre entre les deux techniques voilà donc on a pu mettre en place une base de données euh grâce grâce aux équipements
De de l’IPVF euh un autre exemple d’ suude c’est sur les sur les mécanismes de dégradation des modules euh là où on essaie justement de faire des analyses à différentes échelles pour vraiment remonter aux cause de la dégradation euh et donc pour cela en fait on utilise les différents équipements de la plateforme
Donc de l’IPVF mais aussi d’EDF parce que côté EDF on est surtout équipé pour les pour pour les modules euh donc les analyses des modules AEDF sont c’est le but c’est de tester en ininte climatique euh pardon de faire des testes de viillissement accéléré en enceinte climatique pour
Pour pour révéler des défauts ensuite c’est de mesurer les performances électriques en caractéristiques courant tension faire des mesures de performance et puis on va faire de l’imagerie sur module euh donc des modules qui font qui font 2 m 2 m²r euh pour révéler des signatures de de dégradation euh ensuite
On va euh utiliser les équipements de la plateforme de l’IPVF pour faire échantillonner ces ces modules là puis on va avoir accès à d’autres techniques qui vont permettre de caractériser les échantillons notamment les toutes les techniques de luminaissence donc qui sont sans contact et puis on va aller
Encore plus loin on va aller jusqu’à l’échaînes nanométrique pour pour aller mesurer donc des des des effet dégradation euh par par microscopie électronique donc là sur cet exemple je montre par exemple qu’on a pu mettre en évidence euh le sodium qui est la cause des petites taches noir qu’on voir sur qu’on
Voit sur les modules euh un autre exemple exemple aussi de d’études qu’on mène à l’IPVF c’est le développement de d’une technique d’imagerie quantitative donc on de la même façon donc on fait de l’image des des des des cellules et puis l’idée là c’est de faire des de faire
Varier en fait en tension la mesure donc ça nous donne des images à différentes tensions et à partir de là on peut faire de la reconstruction de de de caractéristiques court en tension euh en chaque pixel de l’image donc on a appliqué cette méthode là sur des
Cellules silicium de taille Wefer et on a fait des comparaisons euh donc c’est la figure qui est en bas à droite entre ce qu’on obtient en donc avec cette technique d’électroluminaescence en fonction de la tension et puis et puis les les études au simulateur solaires et donc on voit qu’on a une bonne
Correspondance entre les deux euh et donc ça permet vraiment d’avoir des corrélations entre l’échelle macro finalement à l’échelle Wefer dans ce cas-là et puis vraiment ce qui se passe à l’échelle microscopique al maintenant je vais vous montrer quelques exemples d’études qu’on mène qu’on mène à l’IPVF euh sur les
Technologies pofsit notamment on a un projet de fabrication euh du côté de de l’IPVF qui nous permett d’avoir des connaissances assez poussées sur les procès de fabrication les architectures euh donc là je montre en haut c’est le c’est la la la la cellule du dessus d’une tandemme finalement la cellule
Perovskit et ce qu’on va faire c’est qu’on va faire des des tests de miniodule en conditions réell donc on on fait appel à la plateforme du sirta et la Polytechnique qui est qui est bien équipé d’un point de vue instrumentation pour l’analyse de l’atmosphère on va faire des mesures de performance en
Temps réel et puis euh on va aussi mettre en place des tests normalisés pour pouvoir faire des comparaisons avec les autres laboratoires dernière étude ici donc pareil c’est une étude qu’on mène à l’IPVF sur l’identification des modes de dégradation des technologies perovskit donc là par contre on utilise la
Modélisation pour aller beaucoup plus loin dans l’analyse et donc on va prendre en compte l’architecture des cellules et ce qu’on va faire c’est qu’on va on va générer des des caractéristiques courant tension en fonction des paramètres matériaux et ensuite on va pouvoir faire une finalement suivre des chemins de
Dégradation de de ces paramètres matériaux ensuite on va faire une corrélation avec l’expérience et puis on va pouvoir comparer et et connaître le le chemin de dégradation pour pour un certain pour une certaine dégradation donc pour conclure donc là je vous ai montré un un panel donc de d’outils de
Caractérisation qu’ qu’on a l’IPVF et aussi comment il contribue au besoins de de DF sur les modules silicium donc sur des échantillons modules de silicium l’évaluation des technologies perovskit et puis en perspective donc on va aller de plus en plus maintenant sur des enfin on souhaite en tout cas aller sur des
Modules tandem donc des donc des modules donc vraiment de plus grande taille et parce qu’on voit émerger finalement des des des collaborations bah déjà de l’IPVF avec voltech pour industrialiser ces technologie là à l’avenir et puis on commence à voir aussi euh au niveau international la fabrication des
Premiers modules et on commence à avoir des études sur des modules tandem de grande taille voilà merci pour votre attention merci Romain pour cette présentation on peut prendre quelques questions dans la salle ou à distance donc vous levez la main et je vous amène le le micro ou merci
Eno merci pour la présentation est-ce que vous pouvez nous en dire plus sur la manière dont vous utilisez les résultats pour améliorer les processus de fabrication ensuite parce que il y a un processus qui a déjà été mis en place est-ce que c’est dans dans les anné
Futures en fait c’est vraiment là là c’est c’est du côté d’ipf on a un projet vraiment sur la fabrication et on a aussi un projet de caractérisation et modisation et donc il y a vraiment des échanges entre les deux qui se fait vraiment au niveau de l’IPVF d’autres
Questions non très bien merci Romain donc alors ce que je vous propose c’est qu’on quitte un peu le monde pour le temps d’une présentation et je vais demander à Smail Ziani de de rejoindre le plateau euh donc Smail est responsable du pôle d’expertise énergie à l’IRT relenium et il va nous parler de
La manière dont il utilise la caractérisation des matériaux pour fiabiliser et augmenter la durée de vie des transformateurs de traction dans le domaine ferroviaire donc Smail je je te laisse prendre la parole merci de pour l’introduction euh je vaux dire dans la continuité je dirais de d’un sujet comme
Les PV de sur l’énergie je vais parler d’un d’un asset un actif assez important euh dans la transmission la distribution d’énergie qui sont les transformateurs euh à titre introductif euh les transformateurs sont de nature très robuste effectivement on retrouve des transformateurs que ce soit dans la traction ferroviaire ou dans la
Distribution d’énergie électrique avec des âges très avancés on peut dépasser les 80 ans ou les 90 même d’ailleurs que ça soit aussi dans le F monde ferroviaire ce qui est intéressant c’est que vous allez me dire pourquoi on a besoin de caractérisation ou pourquoi on a besoin de de diagnostiquer ce genre de
De d’actif la problématique étant qu’ils sont clés dans la distribution et une panne de ce genre ou ce type de d’actif extrêmement je dirais néfaste dans le ferroviaire ou que ça soit dans d’autres dans d’autres domaines euh dans la continuité je dirais de de l’introduction pourquoi on va le faire
Effectivement pourquoi on fait cette cette caractérisation des des matériaux isolants au niveau des des transformateurs et pourquoi onci intéresse euh malheureusement il a une absence assez forte et assez importante de de loi de caractérisation des transformateurs et leur vieillissement ça c’est la première chose on a un
Trafic qui augmente de plus en plus au niveau du ferroviaire donc c’est ils sont encore plus sollicités et aussi il faut savoir que les technologies utilisées maintenant au niveau des transformateurs ont pas mal évolué et je dirais que les anciens transformateurs étaient bien plus robustes que ce qu’on retrouve maintenant dans les dernières
Technologies euh d’un point de vue objectif l’objectif le le le premier objectif vraiment le plus important étant de se dire qu’on ESS de de déterminer la durée de vie résiduelle des transformateurs se dire combien de temps il reste à ce transformateur là est-ce qu’il faut le remplacer est-ce qu’il faut le faire une
Maintenance dessus ou pas ma première étape je dirais de de de ce genre de sujet en collaboration avec SNCF réseau sur leur transformateur c’est de se dire comment on pourrait imaginer de développer un outil diagnostique dans un premier temps puis aller plus loin sur des états de santé
La détermination de l’état de santé et de développer globalement un outil je dirais global de de maintenance on peut aller jusqu’à la maintenance prédictive sur ce genre d’ euh les problématiques ou les challenges he par rapport à ce genre de de de de de solution c’est que
Nous sommes sur un un parc très hétérogène nous sommes pas sur des transformateurs classiques de distribution nous aurons de différents niveaux de tension euh primair et secondaire des transformateurs nous retrouvons aussi différents types de technologie donc dans le ferroviaire vous le savez hein donc on est sur des
Réseaux alternatifs 25 kV ou bien du 1500 et dans certains plus exotiques sur du 850 750 vol continu et donc nous retrouvons différents types de de de d’architecture de de technologie et donc la difficulté de retrouver une approche synthétique et globale par pour répondre
À ce genre de de de de de challenge est assez difficile euh je passe maintenant un peu pour expliquer un petit peu introduire un peu les données que nous utilisons euh nous utilisons des données d’ SNCF réseau qui sont assez intéressantes d’un point de vue volume
De données donc nous avons plus de 10 ans de données issues de SNCF réseau néanmoins il faut savoir que les analyses faites de des échantillons d’huile sur les transformateurs ne sont ne se font pas tous les jours on a peu de monitoring sur ce genre de de d’actif
Nous sommes plus sur de aller chercher des échantillons d’huile pour regarder un peu ce qui se passe à l’intérieur et donc nous avons deux types de données nous avons les données issues des je dirais des gaz des gaz dissous qui vont avoir une signature par rapport à un
Événement qui s’est passé dans le transformateur mais aussi la qualité de l’huile ass qui a une approche un peu plus classique je veux dire on va regarder un petit peu ce qui se passe au niveau niveau de la de la de l’humidité de la quantité d’eau qui qui se trouve
Dans le transformateur on va regarder aussi le niveau d’acidité des transformateurs mais bien bien évidemment des des paramètres un peu plus classiques où on parle de de rigiditéélectrique maintenant je vais essayer un peu de parler un peu des méthodes que nous utilisons au côté côté raléum donc on va utiliser des approches
Assez classiques he existantes hein mais on va essayer de retrouver la méthode la plus robuste qui va répondre au mieux à la problématique ferroviaire des transformateurs donc comme je l’ai dit auparavant on va pas par de DGA donc de gaz dissous au niveau des des transformateurs on va essayer de voir
Leur signature par quoi ça se traduit on va parler bien évidemment aussi du papier parce que c’est un c’est un sujet clé au niveau des transformapurs pour comprendre ce qui se passe mais aussi plus classiquement des fupides alors euh pour les gaz dissous effectivement il y a il y a différents
Types de gaz on peut parler de de de H2 de C2H6 de CH4 du CH4 et cetera et ils ont différentes traductions différentes interprétations par Rapp rapport à leur défaut on va voir un peu plus tard quelle est l’approche la plus robuste qui permet d’avoir un diagnostic sur les
Transformateurs de de traction au niveau des du ferroviaire donc je passe assez rapidement sur cela donc voilà il y a différents types d’approches effectivement et nous on va se concentrer plutôt sur les approches graphiques et je vais le montrer un peu plus tard pourquoi donc les approches graphiques
Ont différents types de codes défaut elles peuvent être utilisé pour le diagnostic mais aussi pour l’état de santé et le vieillissement donc on a les les les défauts plutôt thermiques ou avec différents niveaux de température les T1 T2 T3 mais aussi les défauts plutôt avec une forte
Euh une forte énergie contre les D1 et D2 et chacun des défauts je dirais dernièrement ont été classifiés par rapport à leur énergie euh donc on a un classement qui va de T1 jusqu’à jusqu’à D2 et leur impact est plutôt différent donc les défaut plutôt énergie euh haute
Type D1 D2 on rend un impact fort sur des pannes euh je dirais ponctuel du transformateur n’aura pas un impact important sur leur vieillissement mais les les les défauts type thermiques comme les T2 et surtout les T3 euh s’il Durre ce type de défaut vont avoir un impact assez important sur le l’isolant
Des des transformateurs et donc sur leur vieissement donc différentes méthodes ont été appliquées hein dans le cadre de la collaboration avec SNCF réseau donc différents types de d’approches type gaz DGA analyse des gaz dissous et on a essayé je dirais de d’analyser au mieux les les résultats
Sur un nombre assez élevé on on dépasse les 6000 rapports sur une de données historiques de plus de 10 ans et la conclusion qui a été la plus intéressante c’est que les méthodes type graphique type Duval qui sont qui utilisent le le triangle JAL étit les plus efficaces qui
Permettaiit d’avoir un résultat plutôt robuste par rapport à ces transformateurs là où il y a une forte variété une certaine hétérogénéité par rapport aux différents transformateurs existants sur le parc français donc ici on va prendre un cas d’usage à spécifique un exemple hein sur un transformateur type 25 kV 50 Herz où
On a retrouvé différents types de défauts là on a un historique de de de défaut sur sur une dizaine d’années donc on retrouve effectivement euh différentes valeurs du triangle Duval donc on le voit sur la gauche donc on a effectivement on commence par un défaut classique thermique T2 et ça commence à
Augmenter jusqu’à atteindre des défauts assez élevés de type D2 avec une énergie assez forte qui a engendré en le en en juillet 2021 une panne une panne assez importante et je vais rentrer un peu plus dans le détail par rapport aux autres méthodes que que nous proposent
Là on est vraiment sur du diagnostic et non sur de sur de l’état de santé ici on va parler un petit peu aussi des autres méthodes type je dirais analyse de l’huile donc effectivement on utilise aussi ces types d’indicateurs complémentaire par rapport au diagnostic et pour aussi développer des méthodes
D’état de santé et donc assez rapidement donc voilà ce qui a été assez intéressant par rapport au ce cas d’usage côté SNCF réseau c’est que si on regarde les différents je dirais paramètres type analyse d’huile classique on retrouve bien que que l’analyse la dernière analyse avant et
Après le le le défaut est excellente en fait on voit bien la en juillet 2021 en septembre tout est bon puis il y a eu une certaine une certaine maintenance qui a été faite pour extraire toute l’humidité qui était au niveau du papier isolant et donc on retrouve des
Résultats le 14 septembre 2021 qui était excellent et et très bon euh né en moins euh lors de la mise en marche de de ce transformateur là il est retombé en panne et sans utiliser la méthode type triangle de Duval hein ce qu’on voit ici sur l’historique en différents défauts
On na pas forcément une information supplémentaire par rapport à la panne qui pouvait être engendrée on voit bien qu’en réalité si on avait pris en compte dès le début ce type d’indicateur qui est le triangle du Duval et qui a une approche beaucoup plus robuste que les
Analyses d’huile qui sont plus ou moins limité on voit qu’il est en D2 donc une énergie assez forte qui est toujours une un un défut assez élevé et il fallait faire encore plus je dirais de de de maintenance de réduire encore plus l’humidité au niveau des du papier
Isolant pour le redémarrer donc je dirais c’était la plusvalue par rapport à ce type d’approche au niveau du du diagnostic qui est la plusvalue du triangle de Duval et ce qu’on a proposé côté IRT ralinium je vais essayer d’introduire assez rapidement vu que le temps est
Assez assez limité sur par rapport au au aux approches plutôt de type RUL et état de santé je vais présenter uniquement une approche qui va je dire synthétiser un petit peu les les les indicateurs de d’état de santé donc là je vais proposer une approche vous présenter une approche
Qui est basée sur les gaz dissous un indicateur global qui va prendre en compte l’état de de l’huile mais aussi l’état de charge donc voici les quatre indicateurs donc plus un peu un peu avant j’avais parlé de l’analyse d’huile là on va avoir un indicateur global sur sur l’analyse d’huile mais aussi d’autres
Types indicateurs comme les gaz dissous et on va essayer d’avoir un un indicateur global d’état de santé du du transformateur qui va quand même permettre aussi de déterminer la durée de vie résiduelle des transformateurs juste pour conclure et finir par rapport à à cet exemple là
Pour un peu déterminer un petit peu ce qu’on arrive à voir comme tendance par rapport à à cet état de santé c’est qu’on voit sur les trois derniers je dirais les derniers rapports qu’on nous retrouvant où euh il y a eu effectivement une maintenance donc du 28 juillet 2021 jusqu’au 14 septembre on
Voit bien qu’il y a une amélioration donc on passe d’ d’un indicateur par exemple sur l’huile qui était très bas et qui s amélioré on voit que l’état de santé global est passé de en devirant de 41 % vers 70 mais ça n’empêche pas que côté diagnosticque ça n’a pas empêché
D’avoir une panne et on le voit bien avec le l’indicateur type gaz dissous je m’arrête là je pense pour je ferai une conclusion peut-être par rapport aux questions très bien merci ismaill pour pour cette présentation qui nous montre un exemple qui sort un peu du monde de
L’électronique où où on est en capacité de faire une analyse non destructive sur du matériel et de et de développer des modèles qui permettent de prédire la manière dont dont ils vont vieillir donc je vous propose de prendre quelques questions en salle s’il y en a vous
Levez la main il y en a une au fond là-bas et c’est comme tu veux vas-y c’est toi qui décide merci bonjour merci pour cette présentation est-ce que les analyses de remaining use life que vous faites pour les transform 50 Hz est-ce que c’est extrapolable pour des transp des transformateurs moyenne fréquence par
Exemple oui les méthodes sont transportables par contre ce qui est assez compliqué c’est de déterminer par rapport au méthodes de diagnosticque sur ce qui se fait le plus souvent sur les gaz dissous c’est de déterminer les niveaux les seuils des différents gaz c’est assez particulier donc vous passez
D’une technologie à une autre donc la quantité d’huile n’est pas la même la quantité de gaz dissous aussi n’est pas la même et regardeer aussi si la fréquence aussi va va jouer jou aussi par rapport à un vieillissement plus accéléré néanmoins nous sommes sur un parc assez hétérogène et donc on avait
Différents types de transformateurs différentes tailles différentes puissances et l’idée serait peut-être sur ce type de transformateur de tester des méthodes assez robustes et normalisé comme le comme la qui est la méthode du triangle de juval il faudrait tester et ça peut être assez assez robuste comme approche sur des transformateurs assez
Plus plus exotiques que ce utiliser dans la distribution classique on va dire bonjour bonjour Françis xavierou du Laboratoire national de métologie et d’AI merci pour cette présentation je me pose une question effectivement là vous avez plus 10 ans voir sur certains transformateurs je pense beaucoup plus de de retour d’expérience quelle utilité
Vous faites des données dont vous disposez pour développer de nouveaux types de transformateurs de nouvelles technologies pour améliorer les technologies je pense qu’il a une boucle de rétroaction certainement mais est-ce que vous pouvez nous en dire un peu plus sur ce sujet s’il vous plaît alors pour
Répondre très vite on en est pas là pour pour l’instant surtout sur les transformateurs et en particulier sur les transformateurs de traction c’est une technologie qui est plutôt lente d’un point de vue nouveauté à part si on parle de de moyenne fréquence néanmoins on peut faire un retour d’expérience ce
Qui se passe en réalité et en particulier dans le ferroviaire c’est que sur les transformateurs je dirais les plus anciens première partie du 20e siècle type réseau 1500 où on faisait du dimensionnement je dirais sur une feuille on on était assez large donc peu de problèmes sur ces transformateurs là
Bizarrement on va dire que c’est c’est pas le premier réflexe qu’on qu’on devrait avoir et donc c’est les plus robuste donc on fait peu d’analyse dessus néanmoins les transformateurs qui sont arrivés avec plus de avec un dimensionnement je dirais par par la modélisation par les par les éléments
Finis par quelque chose de plus fin on a bien plus de problématique donc dès qu’on arrive à des transformmateurs qui ont commencé dans les années 90 2000 il y a énormément de problématique donc souvent le Rex c’est de supprimer une protection ou certaines certaines choses qui vont améliorer le fonctionnement
Global du transformateur mais on n’est pas encore dans le dans le nouveau design de transformateur avec des Rex je dirais de de d’état de santé ou ce genre de chos mais néanmoins c’est malheureusement les transformateurs les plus récents euh si puis dire qui ont plus de de problématiqu malheureusement dans le réseau
SNCF très bien je est-ce qu’il y a une autre question c’est bon ok merci ismaill pour la présentation alors pour pour terminer cette session je vous propose de revenir dans le domaine du PV sur un sujet un peu différent de celui qu’on a vu tout à l’heure et euh et c’est Wilfried Favre
Qui est chef du laboratoire des cellules photovoltaïques à hétérojonction CEA Liten qui va nous faire une présentation Wilfried va nous montrer comment le développement d’outils de caractérisation sous lumière peut devenir une réalité et améliorer grandement la conductivité de la performance des cellules pour rappel aujourd’hui la plupart des caractérisations se
Font dans dans le noir et le fait de pouvoir aller faire ses caractérisations dans la lumière ce que j’en comprends euh amènera certainement une disruption dans dans la compréhension des cellules elles-mêmes et et donc par conséquence leur modélisation et l’amélioration de leur performance donc Wilfried je vous
Laisse nous en dire un peu plus merci ou ben merci Alcine pour l’introduction alors je vais voir si j’arrive à oui à passer il y a pas de pointeur là-dessus donc je vous je vous guiderai s’il y a besoin donc en effet je vais vous parler des caractérisations opérando pour les
Pertes résistives des cellules photovoltaïques en silicium à au rendement donc je vais essayer de vous dire un petit peu ce qui se cache derrière alors heureusement j’ai romain qui est passé avant moi et qui a pu faire aussi un petit peu d’introduction sur le domaine du photovoltaïque alors
Il a présenté ce qui se passait en France dans le monde quelques chiffres on parle de le le PV alimenté à contribué à quasiment 6 % la production d’électricité en 2022 et on parle de de progression si vous voyez actuellement on voit un un un marché qui est à plus
De 230 milliards de dollars euh dans l’année 2022 et puis des productions massives de modules qui viennent majoritairement de Chine euh et on voit des prévisions si vous regardez la courbe à droite là c’est la les prévisions de production annuelle de panneaux photovoltaïques dans les années
À venir donc on a 230 GW par an en 2022 et on devrait doubler en quelques années encore et voir aller au-delà du les les les les gens du domaine parlent du taraw d’ici 2030 alors pour parler aussi un petit peu d’électricité photovoltaïque bah elle est produite à partir de l’énergie
Solaire qui est distribuée de manière inhomogène sur le terr sur la surface du globe ça dépend en plus aussi de la période de l’année euh et donc bah les modules actuellement ils sont faits pour être optimisé dans les conditions 1000 W par mè² et 25° celus donc c’est
Condition standard de test et donc bah la majorité des des modules vont être flashés dans ces conditions là et on va aller chercher le rendement dans ces conditionsl et on va les installer un peu où on veut euh voilà donc c’est pas dit qu’il se comporte de la même façon partout euh et
Je vais parler que de l’éclairement de la température l’humidité va être aussi un volet don qui a été soulevé aussi par Romain au niveau des des modules et des défaillances modules qu’on peut enoir avec les encapsulants alors je travaille à l’INES donc l’iness euh c’est un endroit à chambéie voilà c’est un lieu
De recherche à Chambéry où on a plusieurs laboratoires de du CEA Liten de l’université euh joint avec le CNRS et une partie de ces laboratoires euh sont intégrés dans l’INES 2S qui est un des IT dont on parle aujourd’hui euh l’avantage la chance qu’on a sur Ines c’est qu’on a des laboratoires qui
Travaillent sur l’ensemble de la chaîne de valeur du du photovoltaïque donc aussi bien de la génération des matériaux que de la production de cellules de modules et de systèm donc et avec des boucles de rétro pro action pour l’optimisation donc c’est très intéressant et on travaille avec des industriels qui cherchent justement des
Installations pour aller faire une partie de leur de leurs travaux et de leur développement avec avec nos chercheurs donc vous avez ici deux trois images he pour vous montrer qu’on sait faire des lingots de silicium de plus d’un m carré qu’on sait faire de la carag la découpe de de de cellules la
Cristallisation de de de de lingot de silicium euh on a aussi des installations pour faire des cellules solaires donc à base de silicium la petite donc les cellules silicium ell font à peu près 15 cm de côté actuellement maintenant ça passe à 21 cm de côté vous avez aussi les cellules
Perovskit qui ont été introduites ou tandem qui ont été introduites par Romain tout à l’heure c’est plutôt les plus petites cellules qu’on voit en haut à gauche là qui sont tenu par par Karine où là bah on va poser une cellule par-dessus la cellule silicium l’objectif c’est d’absorber encore plus
Efficacement la lumière du soleil et de passer du du fameux de la fameuse limite de 29 % de rendement à à plus de 40 à l’avenir donc voilà pour les installations l’introduction donc àininess on a réussi à faire des rendements au-delà de à 25 % en hétérojonction de silicium au grande
Surface donc c’est un résultat marquant en Europe c’est le meilleur en Europe et sur ces surfaces et puis en tandem on a démontré plus de 27 % actuellement voilà on travaille pour essayer d’aller au-delà alors si maintenant je reviens un peu aux technologies donc il y a différentes technologies silicium qui
Existent et là on a une transition majeure qui se fait de la cellule Perk où il y avait un contact direct du du métal sur le silicium en face arrière vers des technos où cette fois-ci il y a plus de contact direct du métal sur le silicium et on va parler de contact
Passivant donc il y a des rendements qui sont plus élevés avec ces méthodes là et on a des le silicium cristallin aussi passe d’un silicium absorbeur de type P positif donc DOP plutôt avec un certain typ de de de dopan vers du silicium de type N voilà l’étérojonction de silicium
Qu’on développe dans mon laboratoire c’est c la structure qui est à droite et les deux technos présentés à droite topc hétérojonction démontrent actuellement en laboratoire des r de plus de 26 %. euh donc voilà ça sera les techn qui vont prendre le pas dans les prochaines années donc maintenant si on en revient
Aux pertes résistive une cellule solaire je vous ai dit elle est qualifiée à 25 % 25°g celus 1000 W par mè Carr et puis on va avoir des courbes cour en tension et ce qu’on voit c’est que le le facteur de forme qui est le facteur de de de qui de
De qui qui permet de voir un peu l’idéalité ou en tout cas la qui donne une une idée sur les pertes résissives dans la cellule bah va être complètement impacté par les résistances séri qu’on va voir dans les dispositif et ces résistances séries vont dépendre des interfaces et des matériaux eux-même
Donc il faut essayer de minimiser les peres trésistives si on va allit vers du très haut rendement donc les pertes trésistives là maintenant si je j un peu sur la cellule vous avez des pertes qui peuvent se produire dans l’absorbeur silicium donc c’est c’est en transverse on va avoir des pertes aux interfaces
Des pertes latérales aussi jusqu’aux métallisation et cetera et cetera donc on a des modèles théoriques qui permettent d’essayer de modéliser tout ça et mais voilà il y a nombreux un nombre de mécanismes à l’œufre qui est qui est assez élevé et donc bah voilà on n pas toujours à l’aise pour aller
Identifier quel est le l’interface limitante et cetera donc on essaie de développer des outils pour faire ça euh là je donne l’exemple par exemple de comment on peut varier le la conductivité dans le silicium cristallin sous lumière donc en fonction du même je dire en fonction du niveau d’injection
De porteur donc sous lumière ou quand on change sa température le wer de silicium il va quand il est passivé par des couches silicium amorphe hydrogéné ou d’autres types qui permettent de de de de de de faire euh des des voilà de pas disver le silicium donc en tout cas
D’atteindre des très hautes tensions on peut euh on va voir sa sa conductivité qui va varier sous éclairement et vous avez ici dans la courbe l’exemple à gauche que sous obscurité le silicium il va faire un oh cm en résistivité et dès qu’on va l’éclairer on peut aller on peut aller
Même jusqu’à diviser par 2 sa conductivité donc ça veut dire que selon l’éclairement qu’on va imposer ou la température on va pouvoir varier son sa conductivité donc maintenant si on essaie de de de retranscrire ça sur la cellule solaire et comment elle va se comporter bien et on a besoin d’avoir
L’influence thermique euh et et et et de la lumière sur chacune des interface et des et des composants qui la constituent d’où l’intérêt d’avoir des des outils de caractérisation opérando pour évaluer les pertes résistive donc vous nous on a plutôt développé un outil en lien avec la technique TLM donc c’est la transfer
Lens méthode où le principe c’est d’aller mesurer une couche conductrice sur lequelle on a déposé des plots de différentes distances interélectrodes et puis on va aller regarder euh en fonction distance interélectrode comment varie la la résistance totale du système et donc quand on prend la pente ça nous
Donne une information sur la résistivité de la couche conductrice et puis quand on va prendre la l’intersection à l’origine et bien on va avoir une une une information sur la résistance de de contact entre les électrodes et la couche voilà donc c’est assez simple sur le principe sauf que ça ça c’est c’est
Développé pour des mesures avec une seule couche et sous obscurité donc dès qu’on veut faire un petit peu sous lumière ou avec des couches type cellules solaires et bien on va commencer à avoir des multicouches on va devoir développer des véhicules de test dédiés pour pouvoir limiter la
Conduction dans une seule couche en latéral pour que le le courant suive bien les fl le sens des la direction des flèches voilà et on va varier la distance interélectrod de la même manière ce qui se passe sur ces véhicules de test dédier c’est que si jamais on a des dégradations des
Interfaces et bien on va avoir des modifications du contact et donc ça ça va commencer à avoir des problèmes donc on doit vraiment apporter un soin méticuleux à tous ces ces véhicules de test et puis bah voilà les les dans la littérature les les mesures sont surtout
Faites à l’obscurité et si on s’amuse aussi à varier la température et ben on peut essayer d’aller étudier un petit peu les mécanismes de transport aux interfaces voir un peu lesquelles limites donc voilà l’outil qu’on a développé donc ça c’est c’est un financement qui a été qui a été fourni
Par un financement interne CEA donc pour développer cet outil alors sur donc l’idée c’est d’aller faire des mesures aut donc TLM en automatique on va poser un échantillon sur lequel ce véhicule de test là on va on va prendre des électrodes comme on peut voir sur
L’image en bas à droite et là l’intérêt c’est queil va être posé sur une vitre qui est elle-même donc intégrée dans un socle qui peut changer la de température donc on peut la varier entre l’ambiante et 70°g celus et on a un simulateur solaire en dessous donc à travers la
Vitre on peut éclairer et donc bah les contacts eux en face avant aurit ombrager la le composant donc en éclairant par l’arrière on peut absorber de la lumière et le silicium va se trouver dans des conditions d’éclairement euh désiré donc on peut varier les clairement entre bah
L’obscurité et puis 1000 W par mè²r on a sur une sources lumineuse avec des leds et on peut s’amuser aussi à varier un peu le spectre lumineux euh voilà donc ça se fait automatiquement et donc voilà le type de courbe qu’on va obtenir donc vous avez en haut à gauche la résistance
De couche de la silicium par exemple du du de l’absorbeur silicium et on voit que entre un éclairement de 0 % jusqu’à 100 % on a sa résistance de couche qui varie fortement et la température aussi a un petit effet si maintenant on regarde la résistivité de contact et
Bien on voit que la température un effet encore plus élevé au moins pour ce contact là et l’éclairement également donc maintenant l’idée c’est d’aller d’aller se voir dans les conditions de fonctionnement de la cellule euh Pmax donc généralement c’est même un niveau d’injection qui est un peu plus bas que
Qu’un l’équivalent de de ce qu’on a sous un soleil en circuit ouvert et donc on va aller s’amuser à triturer tout ça on combine aussi ses relevés avec un outil de modéisation des C photovoltaïques en en en silicium et on est capable d’aller euh essayer de sortir un parétau des
Pertes euh avec euh avec un camambber là donc je vous ai présenté ici qui vous montre que dans les cellules hétérojonction actuellement développé au laboratoire on a encore quasiment 37 % des pertes réstifes qui sont liés au contact entre le TCO et le silicium l’absorbeur silicium et après on a des
Pertes résisives en latéral donc c’est C celles sur lesquelles on essaie de travailler donc voilà on a la possibilité de quantifier l’impact de l’éclairement euh et de la température sur le productif du composant et l’idée c’est d’optimiser aussi les procdés de fabrication des dispositifs pour un meilleur productible dans la région de
L’installation bon là le chemin est encore un peu plus long euh voilà et donc je pense que je passé très vite là-dessus mais c’était plus pour pour dire qu’on est en train de travailler sur sur une optimisation une évolution de l’équipement pour aller voir aussi des des phénomène qui se passe
Localement à l’échelle du dispositif où là vous voyez qu’une cellule solaire elle a des défauts qu’on peut révéler par photoluminaesence qui sont liés généralement au transports sur les courrois ou et cetera dans les les liges de fabrication et donc on a corrélé ça aux pertes de rendement et on essaie
D’aller voir bah corréler les pertes résistives avec ces pertes observé par photoluminaissance donc voilà un petit peu pour l’outil dont j’ai parlé et puis ben on vous attend dans le corner Ines 2S aussi pendant les Paes pour la suite des échanges et puis voilà je vous remercie à tous merci
Wilfried présentation très intéressante alors je vais commencer par donner la parole aux personnes qui sont à distance et je vais donc appeler marine girud pour les deux questions en ligne oui merci beaucoup de nous donner la parole donc je suis effectivement le porte- voix des personnes qui sont connectées à
Distance dans la salle virtuelle et on a des questions pour chacun des intervenants alors la première question qui va s’afficher à votre écran et pour Ramin V de et la question est quelles ressources et moyens de calcul mobilisez-vous pour vos modélisations alors la question sur les
Ressources bah donc en fait on a une équipe en modélisation à l’IPVF donc il y a il y a différents différentes thématiques sur la modélisation hein euh on peut aller de la modélisation comme je l’ai montré sur la modisation à l’appui à la caractérisation et puis on peut aussi
Faire des modèles euh sur tout ce qui est conditions réel euh et puis aussi on on commence maintenant donc il y aura Jean-Baptiste qui en parlera cet après-midi à faire des modélisations en utilisant tout ce qui est intelligence artificielle voilà je sais pas si ça répond à la
Question merci pour votre réponse ben les participants nous diront si ça répond on va poser une deuxème question qui cette fois est pour SM Z la question est en quoi l’étude des transformateurs est spécifique à l’écosystème du transport par rail est-ce que vos résultats pourrait pourrait être utile dans d’autres filières
Euh oui effectivement les transformates on les retrouve un peu partout on les retrouve dans dans dans le domaine du transport mais aussi dans dans le domaine de distribution de l’énergie mais aussi dans tout ce qui est dans toutes les je dirais les installations industrielles je dirais le tout ce qui
Est développé dans le cadre de de lire teraléum il faudrait surtout se se concentrer sur les transformateurs plus ou moins de moyenne je dirais même forte puissance où on a des transformateurs immergés parce que les approches sont surtout basées sur de l’analyse d’huile et et de gaz dissous donc on va
S’intéresser plutôt à ce type de de niveau de du puissance sur les sur les transformateurs et ce qui est intéressant aussi c’est que dans le cadre de du ferroviaire on a certaines hétérogénité des transformateurs on a aussi des des pics de puissance qui sont totalement différents par rapport à la
Je dirais la distribution classique où on a des je dirais des pics assez classiques qui sont différents de laattraction et donc je dirais quei les méthodes qu’on a développé sont plus sont assez robuste et ont étit déjà été éprouvé dans dans une enfin dans un environnement assez assez assez complexe
Donc j’imagine que il est assez intéressant de de d’appliquer ces approchesl dans d’autres dans d’autres secteurs voilà merci sm pour votre réponse alors on a une troisème question cette fois-ci pour Wilfried j’espère queon a toujours le temps de la prendre donc dans quelle mesure votre outil est-il transférable
Ou utilisable par un tiers est-il commercialisé euh l’outil actuellement donc merci pour la question l’outil actuellement il est euh il est développé à l’échelle du laboratoire donc on est encore sur un prototype qu’on essaie de rendre plus robuste notamment avec des des tests de répétabilité tout un tas de de de tests
Un petit peu euh pas des crash tests mais justement des des des des tests pour évaluer un peu sa pertinence et et et les les les aspects répétabilités sensibilité actuellement on n pas de cadre avec du transfert vers un industriel et on est preneur justement s’il y a des gens qui qui sont
Intéressés pour participer à ce développement pour voilà pour prendre n’hésitez pas à prendre contact avec moi et pour essayer de fixer un cadre donc pour l’instant c’est c’est vraiment inter ce merci Wilfried on a une question dans la salle au moins donc moi c’est une question pour Wilfried qui est
En fait c’est deux questions la première est plus personnelle et la seconde est est l’usage plus global la première c’est euh on voit que c’est un bel outil hein merci beaucoup pour ça mais qui est plus dédié pour les températures qui sont au-dessus de la température ambiante
Euh moi j’utilise le PV aussi pour mon chauffage et c’est plutôt le contraire qui se passe et j’aimerais bien avoir des informations auss sur ce qui se passe pour les températures inférieure à la température ambiante ou proche du zéro voire inférieur je sais pas si c’est dans le plan de de le développer
Ça euh et puis du coup l’autre question c’est contenu de ces résultats est-ce que derrière vous exploitez ces résultats pour se dire on voit l’impact en température positive ou négative peu importe et du coup voilà ce qu’il faudrait changer dans les cellules pour que on garde le meilleur rendement dans
Toutes les situations est-ce que ça vous l’exploitez aujourd’hui merci pour la la première question généralement le photovoltaïque plus on va vers des températures faibles et qui a un éclairement élevé et mieux c’est c’est donc là de ce côté-là généralement voilà en hiver on produit moins de solaire
Plus en en France en tout cas parce que il y a moins d’ensoleillement pas parce que les températures sont basses donc je mais après j’ai peut-être pas forcément saisi la Contrie mais en tout cas sur les l’équipement lui-même pour l’instant on n’est pas capable de refroidir au-delà en dessous voilà après dans un
Module une cellule photovoltaïque va surtout fonctionner autour de 40° celus c’est l’ordre de grandeur voilà et avec un éclairement de 800 W par mètre carré c’est plutôt ce qu’on va avoir pour les conditions noct euh donc voilà pour le premier point pour l’instant c’est pas encore intégré dans l’équipement euh
Pourquoi pas aller à venir là-dessus euh mais pour l’instant c’était pas l’objectif et après euh bah voilà c’est ce que je disais tout à l’heure en introduction on a l’avantage aussi d’avoir une ligne de production de cellules solaires on a aussi un un partenariat fort avec nel Green Power
Qui a une qui est en train de monter une usine de 3 GW d’hétérojonction en en Sicile à Catane et donc l’idée c’est de faire ce cette rétroactivité rétroaction là pour euh être capable d’optimiser les matériaux mais typiquement quand quand on dépose des couches de syissum amorphe
Hydrogéné on a des résultats si on dépose du nanocristallin on voit qu’il y a un avantage aller dans cette direction là on est capable de le quantifier avec ces méthodes avec ses techniques et par contre ce qu’il y a c’est que peut-être à 25°grés ça donne des meilleurs
Résultats peut-être qu’à 40 à 60 les résultats seront un peu différents donc c’est c’est ça aussi qu’on essaie d’aller voir pour pas qu’on aille dans des directions où justement on a des des outils qui à une époque étaient bien plus optimisés bien plus euh je je montre ça parce que justement il nous
Disait tout à l’heure que les transformateurs étaient bien plus fiables une époque l’idée c’est pas d’aller aussi vers des toujours plus de rendements à 25°gr et peut-être un petit peu plus de défaillance dans le temps donc il y a l’aspect fiabilité stabilité aussi qui est important à regarder et on
A un un programme PEPR aussi qui sera qui aidera et des projets européens qu’on qu’on a déposé pour essayer d’aller travailler autour de ce dispositif voilà merci Wilfried euh je vois que le temps est écoulé donc moi je remercie l’ensemble des orateurs qui sont rendus sur le plateau euh pour euh
Pour nous faire ces présentations d’une grande richicèche je vous demande de les applaudir et euh voilà