Laboratoire plasma et conversion d'énergie (LAPLACE)

Mise en service d'un démonstrateur de propulsion navale propre (clean ship, clean sea) et innovante, à commande évoluée, constitué d’une Machine asynchrone à double alimentation (MADA) de 30 kW avec rapport de puissance stator/rotor unitaire et d’une "hélice virtuelle". L'objectif est de développer un double contrôle vectoriel garantissant la fiabilité opérationnelle et le rendement énergétique le meilleur possible de ce propulseur naval.

Bus bars de puissance d'un banc d'interconnexion batteries. Il permet une liaison très basse tension entre les batteries en test dans l’enceinte climatique et les équipements de charge et de décharge électrique de celle-ci.

Réglage des paramètres de la charge d'un démonstrateur de propulsion navale innovante à commande évoluée. Il s’agit d’une Machine asynchrone à double alimentation (MADA) de 30 kW, à rotor bobiné, de haute tension, refroidie par eau, qui entraîne une charge type "hélice de bateau". Elle est alimentée par deux onduleurs identiques, au stator et au rotor. La commande évoluée de ce propulseur doit garantir les performances statiques et dynamiques en accord avec les spécifications navales.

Propulseur plasma utilisé sur de petits satellites. Il est composé de quatre bobines générant un champ magnétique de forme particulière à l’intérieur du propulseur. Le design de ce propulseur a été optimisé, permettant ainsi de réduire sa masse de 75% et d'allonger sa durée de vie à 15 ans (contre 10 ans initialement).

Analyse sur un oscilloscope des résultats et des formes d'ondes de la carte test "plug and play" connectée à un banc de caractérisation électrique. 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…

Mise en place d'une sonde de tension différentielle, lors d'une intervention hors tension sur un convertisseur de forte puissance utilisé pour des applications ferroviaires.

Alimentation d'une cavité conique pour visualiser l'énergie électromagnétique dans cette cavité par échauffement. L’injection de puissance microonde par le câble coaxial bleu conduit à un échauffement de la paroi en cuivre de la cavité conique, dont la répartition spatiale, captée par caméra infrarouge, renseigne sur la configuration interne des ondes. Selon un travail publié par la NASA en 2016, une telle cavité ainsi alimentée devrait être le siège d’une force infime, qui contredirait les…

Mise au point d’une loi de commande par allocation pour un convertisseur modulaire multiniveaux (MMC : Modular Multilevel Converter) et vérification des formes d'ondes électriques. La montée en puissance des convertisseurs induit un plus grand nombre de cellules organisées en série et/ou en parallèle, d’où une augmentation du nombre d’interrupteurs ce qui ouvre la voie à l’optimisation.

Caractérisation des performances d’une machine électrique. Les grandeurs observées permettant de juger la qualité de la machine sont : son couple, sa vitesse, sa tension et son courant d’alimentation, ainsi que son rendement.

Circuit de commande rapprochée (gate-driver) des différentes cellules d'un convertisseur d'énergie électrique multicellulaire parallèle. La juxtaposition de ces circuits de commande rapprochée illustre le caractère modulaire de ces structures de conversion. L'augmentation de puissance est obtenue en associant un nombre plus élevé de structures simples, identiques, qui peuvent être construites en série et bénéficier de ce fait d'une fiabilité accrue. En décalant légèrement dans le temps ces…

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…

Test de la commande numérique temps réel, sur un microcontrôleur (commande algorithmique) et un circuit FPGA (commande rapprochée), d'un démonstrateur de propulsion navale propre, pour les différents points de fonctionnement du plan couple-vitesse selon les spécifications navales. Ce démonstrateur de propulsion navale innovante à commande évoluée est une Machine asynchrone à double alimentation (MADA) de 30 kW à rotor bobiné, de haute tension, refroidie par eau, alimentée au stator et au rotor,…

Bus bars de puissance d'un banc d'interconnexion batteries. Il permet une liaison moyenne tension entre les batteries en test dans l’enceinte climatique et les équipements de charge et de décharge électrique de celle-ci.

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 écologique, mais aussi…

Test d'une machine électrique linéaire tubulaire. La répartition tubulaire originale des conducteurs électriques de cette machine est pensée pour maximiser la force maximale générée. Cette machine peut être utilisée pour tout type d’application nécessitant un actionnement linéaire : électrovannes, système d’ouverture de volets d’avion, etc.

Antoine Escande du laboratoire LAPLACE de Toulouse réalise un test de continuité électrique permettant de vérifier la mise à la terre des tuyauteries d’un banc de tests pour piles à combustible à hydrogène fonctionnant à haute température (160 °C) (répondant au sigle PEMFC-HT). Cette nouvelle technologie fait partie de la famille des piles à combustible à membranes échangeuses de protons (PEM). Sa température de fonctionnement relativement élevée (le double de celle des piles PEM « classiques »…

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…

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…

Ouverture de l'enceinte de test sous vide en vue de placer de nouveaux échantillons. 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.

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…

Réacteur (au centre) et les deux bras de la cellule multipassage, dite de "white", de part et d'autre du réacteur. Ces appareils font partie de la plateforme d'analyse FTIR des plasmas. Cette plateforme est composée d'un réacteur plasma associé à une cellule de "White", et d'un spectromètre FTIR. Elle permet de déterminer le type d'espèces moléculaires créées suite à la dissociation des molécules complexes (notamment de types organométalliques, organosiliciées, hydrocarbonées) injectées dans le…

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…

Fermeture de l'enceinte d'irradiation MATSPACE, un système de détection de distribution de charge basé sur la méthode électroacoustique pulsée (PEA). Il s'agit d'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.

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…

Intérieur d’un caisson sous vide dans lequel se trouve un propulseur 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. Une émission lumineuse intense est visible à l’intérieur du canal concentrique (région de forte ionisation du gaz xénon) ainsi que la lueur plus faible de la plume (plasma dans lequel les ions atteignent des vitesses de quelques dizaines de km/s et…

Mélanie Grignondu laboratoire LAPLACE à Toulouse procède 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 de ces essais. Le…

Vérification d'alignement des micropositionneurs avant un test électrique. 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…

Propulseur de Hall bi-étage ID-Hall en fonctionnement. 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. Les propulseurs de Hall sont utilisés sur les satellites pour le maintien sur orbite, les transferts d’orbite ou…

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…

Rapport de deux spectres infrarouges (IR), à l'écran, pris successivement afin de vérifier si la cellule de white et le réacteur de la plateforme d'analyse FTIR des plasmas, sont revenus à leur conditions initiales : même valeur de vide, pas de pollution des miroirs ou des hublots... La plateforme est composée d'un réacteur plasma associé à une cellule de "White" et d'un spectromètre FTIR. Elle permet de déterminer le type d'espèces moléculaires créées suite à la dissociation des molécules…

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…

Réglage des paramètres de chacune des étapes successives de dépôts et/ ou traitements du substrat d'un réacteur plasma microonde (2,45 GHz). Les sources utilisées sont des "applicateurs" ou "antennes" microondes dipolaires disposés en matrice (ici au nombre de 12). Ce type de dispositif fonctionne sur le principe de la résonance cyclotronique électronique, qui combine l'action d'un rayonnement électromagnétique à 2,45 GHz et celle d'un champs magnétique statique produit par des aimants en…

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…

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…

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.