CNRS La lettre innovation

Pour les véhicules autonomes, et plus généralement pour tous les objets mobiles censés fonctionner en autonomie, l'alimentation en énergie est une fonction critique qui doit être assurée de manière inconditionnelle. Les véhicules notamment sont équipés de calculateurs qui réalisent un grand nombre d'opérations en temps réel, et sont très consommateurs d'énergie. La sûreté de fonctionnement de l'électronique embarquée de puissance et de conversion d'énergie est ainsi un enjeu majeur pour la mobilité autonome. Pour relever ce défi, le Laboratoire plasmas et conversion d’énergie¹ et la société NXP, spécialiste des solutions intégrées d’électroniques embarquées, créent le laboratoire commun Sema (Systèmes embarqués pour la mobilité autonome).

Les deux partenaires collaborent depuis 2012 et leurs travaux ont déjà donné lieu à un programme de transfert de technologie² chez l'industriel, qui exploite désormais une commande décentralisée de convertisseur d'énergie³ assurant la fiabilité du système sans recourir à la duplication, pénalisante en termes de poids et d'encombrement.

La création du laboratoire commun Sema pérennise la coopération entre le laboratoire et NXP, et vise aussi à élargir leurs travaux. « L'objectif du laboratoire commun est de développer des dispositifs d’électronique de puissance tolérants aux pannes qui garantissent à tout moment l’alimentation en énergie des véhicules autonomes. Les développements portent notamment sur des dispositifs fiables offrant des aptitudes à la reconfiguration, capables d’anticiper des défaillances, à forte compacité et présentant des rendements énergétiques élevés », indique Marc Cousineau, chercheur au Laplace et directeur scientifique du laboratoire commun Sema. Le partenariat entre le laboratoire, aux compétences reconnues en électronique de puissance, et l'industriel fabricant de circuits intégrés et d'électroniques embarquées, établit sur la durée un rapprochement fructueux entre des cultures technologiques complémentaires.

Au programme du Sema, par exemple :

• Accroître la densité de puissance des électroniques embarquées afin d'assurer l'alimentation en énergie sans augmentation de poids ou de volume ;
• Renforcer la sûreté de fonctionnement des dispositifs d’alimentation pour garantir leur disponibilité inconditionnelle ;
• Améliorer la robustesse des organes de puissance et de commande par l’usage de redondances, ainsi que la fiabilité des composants semi-conducteurs et de leur packaging ;
• Développer la gestion de l’énergie au sein du véhicule autonome, mais également au niveau d’un parc de véhicules (régulation de trafic routier, transport à la demande, réseaux Smart-Grid).

Le laboratoire commun travaillera également sur deux axes plus prospectifs :

• L'utilisation de composants à semi-conducteurs dits « grand-gap », tels le nitrure de gallium (GaN) et le carbure de silicium (SiC), plus performants que le silicium en termes de vitesse de commutation et de consommation énergétique ;
• La conception et la caractérisation d’antennes 5G pour la communication des véhicules autonomes.

Onze chercheurs et enseignants-chercheurs ainsi que deux techniciens de Laplace sont impliqués dans le laboratoire commun Sema, auquel contribuent, du côté de NXP, douze ingénieurs et trois techniciens. Le Sema utilisera les équipements installés par les deux partenaires sur leurs sites respectifs.

¹ Laboratoire plasmas et conversion d’énergie (Laplace, CNRS/Université de Toulouse 3–Paul Sabatier/Toulouse INP)

² Programme de transfert de technologies soutenu par la Satt Toulouse Tech Transfer

³ Un convertisseur est un dispositif électrique permettant par exemple de transformer un courant continu d’une batterie en courant alternatif pour un moteur.