Laboratoire plasma et conversion d'énergie (LAPLACE)

Contrôle de connectiques et de facteurs d’échelles, entre un superviseur réseau et un émulateur de turbine à gaz, sur un microréseau d'investigation en configuration courant alternatif (AC). Cette version AC, ou configuration aéronautique, est utilisée pour une application embarquée. La plateforme d’investigation "Microréseaux" permet de façon versatile, mais performante, de tester différents systèmes énergétiques équipés de sources renouvelables ou conventionnelles, ainsi que de stockeurs et…

Condensateurs et inductances de bras sur une maquette d'un convertisseur modulaire multiniveaux (MMC : Modular Multilevel Converter). Ce convertisseur de 18 cellules permet l’évaluation des performances de la loi de commande par allocation implantée sur un FPGA (réseau de fonctions logiques programmables).

Structures permettant de concevoir des enroulements de cuivre, qui seront ensuite utilisés dans un moteur à flux axial sans fer réalisé par impression 3D. Ce moteur est plus léger, compact et facile à réaliser. Il est particulièrement adapté aux petits systèmes volants tels que les drones.

Connexion à un banc de caractérisation électrique d'une carte test "plug and play" comprenant un composant de puissance et sa commande rapprochée. Ce banc permet de caractériser électriquement des composants à grand gap (WBG), en régime extrême de fonctionnement et circuit intégré de commande rapprochée (gate-driver) associé. L'objectif est d'étudier la robustesse en court-circuit de composants de puissance au carbure de silicium SiC (1200 V – 1700 V / 90 A) et au nitrure de gallium GaN (650 V…

Démonstrateur de propulseur naval propre conçu avec une machine sans aimant permanent. Il s’agit d’une Machine asynchrone à double alimentation (MADA) de 30 kW, à rotor bobiné, de haute tension et refroidie par eau. Cette MADA entraîne une hélice virtuelle simulée. L'objectif est d’assurer un excellent comportement statique et dynamique de ce système de propulsion innovant. Avec une répartition de puissance identique entre le stator et le rotor, cette machine unique et une double commande…

Antenne conique d'émission et sonde monopolaire de réception à l'intérieur d'une cavité à retournement temporel microonde. Cette cavité est en cuivre et c'est une version de laboratoire agrandie et simplifiée d'une chambre de combustion. L’antenne conique émet un signal microonde de puissance qui va se réfléchir de multiples fois sur les parois de la cavité, pour finalement se focaliser à un instant donné sur la sonde monopolaire. L’intensité du champ liée à la focalisation spatiale et…

Connexions pour des mesures d'impédance sur des batteries automobile (plomb-acide) de récupération. L'objectif est de permettre un diagnostic rapide et fiable des batteries sur site, par exemple chez un fournisseur dans un village. Ceci, afin de pouvoir leur donner une seconde vie pour du stockage électrique, dans une installation d’électrification rurale à base de sources primaires renouvelables. Cet usage répond aux enjeux de l'innovation frugale : local et frugal pour diminuer l'empreinte…

Design d'une machine électrique à flux axial sans fer réalisée par impression 3D. Ce moteur est plus léger, compact et facile à réaliser. Il est particulièrement adapté aux petits systèmes volants tels que les drones.

Convertisseur d'énergie électrique multicellulaire parallèle. L'association de cellules de commutation en parallèle est un moyen assez classique d'augmenter le courant et donc la puissance disponible. Ici, l'originalité est l'utilisation d'un transformateur intercellules qui permet de coupler magnétiquement ces cellules. Grâce à ce couplage, les ondulations de courant et les pertes sont plus faibles, et le rendement est plus élevé. Ces dispositifs sont particulièrement bien adaptés pour les…

Modules de puissance 3,3 kV – 375 ampères associés à leur carte de commande, dans un convertisseur forte puissance pour des applications ferroviaires.

Mise au point d’une loi de commande par allocation, pour un convertisseur modulaire multiniveaux (MMC : Modular Multilevel Converter) et synchronisation des signaux de commande. L’objectif est d’agir de façon synchrone sur les cellules de commutation afin de réduire les aléas de fonctionnement.

Fibres optiques de commande des interrupteurs d'un convertisseur statique dit générique, interface de puissance d'un microréseau d'investigation en configuration courant alternatif (AC).

Capteur de position sur l'arbre de sortie d'une machine synchro-réluctante assistée d'aimants permanents. L'objectif est de mettre au point une loi de commande sans capteur de position et cette mesure permet de valider la solution retenue. La machine synchro-réluctante, assistée d'aimants permanents fonctionnant sans capteur de position, constitue une solution pour réduire le coût des machines sans altérer les performances. L'objectif ici est de concevoir une machine avec des paramètres…

Mesure de la topologie du champ magnétique généré dans le canal d'un propulseur plasma utilisé sur des microsatellites. Le design de ce propulseur a été optimisé, permettant de créer un effet de bouclier magnétique aux bombardements d’ions (durée de vie liée au volume de gaz embarqué), tout en gardant d’excellentes performances de poussée.

Positionnement des sondes de mesure sur une carte test "plug and play" connectée à un banc de caractérisation électrique et vérification avant la phase expérimentale. Elle comprend un composant de puissance et sa commande rapprochée. Ce banc permet de caractériser électriquement des composants à grand gap (WBG), en régime extrême de fonctionnement et circuit intégré de commande rapprochée (gate-driver) associé. L'objectif est d'étudier la robustesse en court-circuit de composants de puissance…

Plume d’un propulseur de Hall bi-étage baptisé ID-Hall (Inductive Discharge Hall Thruster). La plume est le plasma dans lequel les ions atteignent des vitesses de quelques dizaines de km/s et assurent la poussée du propulseur. L’objectif d’un propulseur bi-étage est de pouvoir ioniser en partie le gaz (ou ergol) par une source additionnelle, ici une source inductive. Il sera ainsi possible de faire fonctionner le propulseur de Hall avec des gaz plus difficiles à ioniser mais plus légers et…

Emilie Soyez et Claude Andrieux du laboratoire LAPLACE réalisent des essais autour d'un prototype de pile à combustible de type PEM (membrane échangeuse de protons) qui fait réagir de l'hydrogène et de l'oxygène de l'air dans ce cas pour produire de l'électricité, de l'eau et de la chaleur. Ces essais sont menés sur un banc de tests entièrement conçu et réalisé au laboratoire LAPLACE qui permet de contrôler les conditions opératoires (pression, débit, humidité des gaz, température, profil de…

Détail de la partie fluidique d’un des bancs de tests pour piles à combustible exploité par le laboratoire LAPLACE à Toulouse. Le LAPLACE est spécialisé dans la caractérisation, la compréhension et la modélisation des piles à combustible en termes de performances pures et de vieillissement. Une pile à combustible est un composant électrochimique faisant réagir de l’hydrogène et de l’oxygène (provenant généralement de l’air) pour produire de l’électricité, de la chaleur et de l’eau. Un tel banc…

Placement des pointes de test au niveau d'un composant à semiconducteur qui va être testé. Ce dispositif est une station de tests sous pointes, haute tension, haute température et vide secondaire, qui permet de réaliser des mesures diélectriques, sur des échantillons de matériaux isolants ou de composants à semiconducteur passivés utilisés dans la conversion d'énergie.

Olivier Rallières du laboratoire LAPLACE de Toulouse connecte les arrivées de gaz d’un prototype de pile à combustible de type PEMFC-HT (technologie à membranes échangeuses de protons fonctionnant à 160 °C) sur l’un des nombreux bancs de test dédiés à l’étude du vieillissement des piles à combustible. Ces bancs d’essais, entièrement fabriqués au LAPLACE, permettent de contrôler précisément les conditions opératoires de la pile à combustible : les débits de réactifs injectés, la température et…

Vue interne du miroir dit "de front" d'une cellule de White multipassage où est matérialisé un faisceau infrarouge (IR), par des spots laser visible (laser hélium-néon rouge). Ici, 84 passage du faisceau IR dans le plasma. Cette cellule multipassage, dite de "White", est associée à un réacteur plasma et avec un spectromètre FTIR, ils composent la plateforme d'analyse FTIR des plasmas. Cette plateforme permet de déterminer le type d'espèces moléculaires créées suite à la dissociation des…

Electrode de mesure d'un système de détection de distribution de charge basé sur la méthode électroacoustique pulsée (PEA). Ce système appelé MATSPACE est un dispositif d'irradiation électronique pour l'étude de l'effet de l'implantation d'électrons sur les propriétés électriques des matériaux diélectriques. L'objectif est l'étude du vieillissement des diélectriques à usage spatial et/ou du domaine du génie électrique soumis à un environnement radiatif.

Banc de tests conçu et réalisé par le laboratoire LAPLACE. Il est destiné à évaluer les performances de prototypes de réservoirs d'hydrures métalliques. Les hydrures métalliques permettent de stocker de l'hydrogène sous une forme "solide". Ils constituent une alternative au stockage sous pression ou encore liquide (cryogénique) de l'hydrogène. Il est destiné aux applications stationnaires ou aux applications mobiles nécessitant peu d'hydrogène. D'un point de vue scientifique, il s'agit pour le…

Echantillon de substrat semiconducteur avec des composants de puissance utilisés dans la conversion d'énergie. Il sera placé dans une enceinte sous vide au sein d'une station de tests sous pointes, haute tension, haute température et vide secondaire, pour des mesures diélectriques. L'objectif est de comprendre et connaître la performance du composant sous haute tension, en fonction des paramètres de l’étude, en vue d’optimiser la technologie et le design du composant.

Salle dédiée aux essais de forte puissance du laboratoire LAPLACE à Toulouse pour des piles à combustible à membranes échangeuses de protons opérant à haute température (PEMFC-HT), typiquement à 160 °C. Cette nouvelle technologie de pile à combustible est prometteuse pour l’optimisation du refroidissement du composant dans les applications transports, notamment aéronautiques. Sur la gauche de la photo, on peut voir un banc de tests entièrement réalisé par le LAPLACE pouvant accueillir un…

Station de tests sous pointes, haute tension, haute température et vide secondaire. Elle permet de réaliser des mesures diélectriques sur des échantillons de matériaux isolants ou de composants à semiconducteur passivés, utilisés dans la conversion d’énergie. Ces mesures ont pour objectif d'optimiser la tenue à haute tension des matériaux par l’étude des caractéristiques électriques et optiques jusqu’à la tension de rupture.

Olivier Rallières et Emilie Soyez du laboratoire LAPLACE de Toulouse préparent un prototype de pile à combustible à membranes échangeuses de protons fonctionnant à basse température (80 °C) (répondant au sigle PEMFC-LT) pour un test de performances électriques. Une pile à combustible est un composant électrochimique qui fait réagir de l’hydrogène et de l’oxygène (pur ou provenant de l’air comme dans cette expérience) avec pour produits de la réaction : de l’eau, de l’électricité et de chaleur…

Moyen d'essai pour la caractérisation d'un propulseur de Hall bi-étage baptisé ID-Hall (Inductive Discharge Hall Thruster). L’objectif d’un propulseur bi-étage est de pouvoir ioniser en partie le gaz (ou ergol) par une source additionnelle, ici une source inductive. Il sera ainsi possible de faire fonctionner le propulseur de Hall avec des gaz plus difficiles à ioniser mais plus légers et moins couteux que le xénon, par exemple le krypton ou l’argon. Ici, le but est de caractériser les…

Emilie Soyez et Claude Andrieux du laboratoire LAPLACE réalisent des essais autour d'un prototype de pile à combustible de type PEM (membrane échangeuse de protons) qui fait réagir de l'hydrogène et de l'oxygène de l'air dans ce cas pour produire de l'électricité, de l'eau et de la chaleur. Ces essais sont menés sur un banc de tests entièrement conçu et réalisé au laboratoire LAPLACE qui permet de contrôler les conditions opératoires (pression, débit, humidité des gaz, température, profil de…

Détail de la partie fluidique d’un des bancs de tests pour piles à combustible exploité par le laboratoire LAPLACE à Toulouse. Le LAPLACE est spécialisé dans la caractérisation, la compréhension et la modélisation des piles à combustible en termes de performances pures et de vieillissement. Une pile à combustible est un composant électrochimique faisant réagir de l’hydrogène et de l’oxygène (provenant généralement de l’air) pour produire de l’électricité, de la chaleur et de l’eau. Un tel banc…

Choix et placement des pointes de test au niveau d'un composant à semiconducteur qui va être testé. Ce dispositif est une station de tests sous pointes, haute tension, haute température et vide secondaire, qui permet de réaliser des mesures diélectriques, sur des échantillons de matériaux isolants ou de composants à semiconducteur passivés utilisés dans la conversion d'énergie.

Olivier Rallières du laboratoire LAPLACE de Toulouse connecte les arrivées de gaz d’un prototype de pile à combustible de type PEMFC-HT (technologie à membranes échangeuses de protons fonctionnant à 160 °C) sur l’un des nombreux bancs de test dédiés à l’étude du vieillissement des piles à combustible. Ces bancs d’essais, entièrement fabriqués au LAPLACE, permettent de contrôler précisément les conditions opératoires de la pile à combustible : les débits de réactifs injectés, la température et…

Opérateur en action sur l'ordinateur de gestion du réacteur plasma de la plateforme d'analyse FTIR des plasmas. Il règle notamment les paramètres de puissance microonde injectée dans le réacteur, la pression totale, le débit des gaz précurseurs, la durée. Cette plateforme est composée d'un réacteur plasma associé à une cellule multipassage, dite de "White" vue ici de côté, et d'un spectromètre FTIR. Elle permet de déterminer le type d'espèces moléculaires créées suite à la dissociation des…

Electrode de mesure d'un système de détection de distribution de charge (en arrière-plan) basé sur la méthode électroacoustique pulsée (PEA). Ce système appelé MATSPACE est un dispositif d'irradiation électronique pour l'étude de l'effet de l'implantation d'électrons sur les propriétés électriques des matériaux diélectriques. L'objectif est l'étude du vieillissement des diélectriques à usage spatial et/ou du domaine du génie électrique soumis à un environnement radiatif.

Olivier Rallières et Olivier Lefranc du laboratoire LAPLACE discutent autour de la supervision d'un banc de tests destiné à évaluer les performances de prototypes de réservoirs d'hydrures métalliques qui permettent de stocker de l'hydrogène sous forme "solide". Ce banc de tests a été entièrement conçu et réalisé par le laboratoire LAPLACE. Cette supervision permet d'ajuster les paramètres expérimentaux (pression, débit, température) et de quantifier leurs impacts sur les performances du…

Caisson sous vide permettant l’étude de propulseurs de Hall de 300 watts. Ces propulseurs sont utilisés sur les satellites pour le maintien sur orbite, les transferts d’orbite ou comme système propulsif sur les sondes spatiales. A l'arrière-plan, à travers un hublot en quartz, l’émission lumineuse de la plume du propulseur est visible. Sur l'écran, des instabilités basse fréquence appelés rotating spokes sont visualisées par une caméra rapide (à droite) selon deux angles de vue (face au…

Mélanie Grignon et Loïc Tourdin du laboratoire LAPLACE à Toulouse procèdent à la vérification de l’étanchéité des raccordements des tuyauteries alimentant un prototype de pile à combustible PEMFC-HT à membranes échangeuses de protons haute température (typiquement 160 °C). La molécule d’hydrogène étant très petite, il s’agit de s’assurer qu’aucune fuite n’existe sur le banc de tests afin d’en optimiser les performances et de ne pas déclencher intempestivement les sécurités mises en place autour…

Station de tests sous pointes, haute tension, haute température et vide secondaire. Elle permet de réaliser des mesures diélectriques sur des échantillons de matériaux isolants ou de composants à semiconducteur passivés, utilisés dans la conversion d’énergie. Ces mesures ont pour objectif d'optimiser la tenue à haute tension des matériaux, par l’étude des caractéristiques électriques et optiques jusqu’à la tension de rupture.