La nitrure de gallium, le remède contre le black-out du courant électrique

6. avril 2022 | Technologies

Les laboratoires Sandia (Sandia National Laboratories) ont développé une diode qui serait capable de protéger les réseaux électriques des surtensions grâce au nitrure de gallium.

Le talent polyvalent parmi les semi-conducteurs : le nitrure de gallium (GaN) prouve son potentiel dans un nombre croissant de secteurs de l’industrie électronique. La liaison entre le métal technologique gallium et l’azote permet une performance élevée dans un petit espace, par exemple dans des microchips, des chargeurs et dans les applications mobiles. Que le GaN puisse protéger le réseau électrique également des surtensions est démontré par le nouveau dispositif développé par les laboratoires Sandia aux États-Unis. Une équipe de scientifiques y a monté une diode GaN qui a pu dériver en un temps record une tension extrêmement élevée de 6 400 volts. Exemple : les prises de courant en Europe ont une tension standard de réseau de 230 volts.

Le nouveau dispositif représente « un pas significatif pour protéger le réseau électrique national des impulsions électromagnétiques », est écrit dans un communiqué du centre de recherche. Il s’agit ici d’un rayonnement électromagnétique de courte durée qui peut être déclenché par des phénomènes naturels, tels que les éruptions solaires, ou des activités humaines comme les explosions d’armes nucléaires. Les impulsions électromagnétiques produisent en l’espace de quelques secondes une tension gigantesque qui pourrait entraîner, dans le pire des cas, une interruption de l’alimentation en électricité pendant des mois. Certes, il existe des systèmes de protection des réseaux électriques qui sont capables de réagir aux impulsions au millionième de seconde en dérivant la foudre, affirme Jack Flicker, expert pour les résistances des réseaux électriques chez Sandia. Cependant, dans les impulsions électromagnétiques, c’est d’un ordre de grandeur de dix milliardièmes de secondes – donc d’un temps bien plus court. Le nitrure de gallium offre ici des avantages par rapport à d’autres semi-conducteurs comme le silicium car il possède une capacité de réaction rapide, explique Bob Kaplar, chef du groupe de recherche des éléments de semi-conducteurs chez Sandia. De plus, le GaN résiste à des tensions et des courants électriques énormes.

Les scientifiques voudraient maintenant développer un dispositif pouvant fonctionner jusqu’à 20 000 volts en protégeant le réseau des surtensions car la plupart des distributeurs de réseau sont exploités sous 13 000 volts. Kaplar croit qu’en plus de la protection du réseau, d’autres domaines d’utilisation seraient envisageables. Les transformateurs, les convertisseurs/redresseurs de puissance ou l’infrastructure des chargeurs pour les voitures électriques par exemple pourraient avoir une efficacité plus grande grâce à ce dispositif.

Les résultats des fabrications et des tests ont été publiés dans le magazine spécialisé IEEE Transactions on Electron Devices.

Photo: iStock/peterschreiber.media

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