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Electronique de puissance pour l'auto : une opportunité à saisir pour la France

Aline Nippert
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Electronique de puissance pour l'auto : une opportunité à saisir pour la France

ST Micro, qui produit déjà des diodes et transistors de puissance en carbure de silicium, envisage de construire en Europe une nouvelle usine pour travailler sur des substrats SiC de 200 mm

© STMicroelectronics

L’électronique de puissance regroupe des technos incontournables pour le secteur automobile de demain. Or la France aurait les atouts suffisant pour capter un quart de ce marché à l’échelle de l’Europe d’ici 2030, d’après une conférence organisée par la Fédération des industries électriques, électroniques et de communication (FIEEC) mardi 15 juin.

« La France pourrait représenter 25 % du très stratégique marché de l’électronique de puissance en Europe d’ici 2030, ce qui représente plus de 2,5 milliards d’euros », lance Rémi Bastien. Le directeur du programme « électronique de puissance » au sein de PFA, l'organisation représentative de la filière auto, et vice-président innovation chez Renault est intervenu lors d’une conférence intitulée « Electronique de puissance, facteur clé du véhicule de demain ». Celle-ci s’est déroulée en ligne mardi 15 juin, à l’initiative de la Fédération des industries électriques, électroniques et de communication (FIEEC).

Le plan de relance, voilà une belle opportunité pour localiser une partie de cette chaîne de valeur en France, selon M. Bastien. La partie semble plutôt bien engagée : près de la moitié des projets (12 sur 27) retenus par le Comité d'orientation pour la recherche automobile et mobilité (Coram) – mis en place dans le cadre du « plan de soutien automobile » de mai 2020 – sont en lien avec le marché de l’électronique de puissance. Comprendre les technologies qui œuvrent à « la gestion des flux entre les sources d’énergies et les consommateurs ».  

« Des acteurs industriels et laboratoires de recherche français sont déjà mobilisés dans le domaine de l’électronique de puissance… nous disposons de bons atouts ! » insiste Rémi Bastien. D’après les chiffres présentés, 35 laboratoires de recherche (comptant plus de 800 chercheurs et chercheuses) et 24 centres de R & D travaillent sur cette thématique en France.

Vers 100 % des ventes des voitures de demain

Pas étonnant que l’Etat français s’en mêle : l’électronique de puissance représente un marché très stratégique. Avec l’électrification des transports, il concernera 100 % des ventes automobiles d’ici 2030 ! « L’ensemble des véhicules vendus d’ici la fin de la décennie embarqueront au moins un onduleur et un convertisseur DC/DC, relève M. Bastien. Et les électriques rechargeables – qui représenteront bien un tiers des ventes – auront en plus besoin d’un chargeur embarqué (OBC). » Le chargeur embarqué est en effet nécessaire pour transformer le courant alternatif (AC) du réseau en courant continu (DC) pour alimenter la batterie, l’onduleur représente un maillon indispensable entre la batterie et le moteur électrique et le convertisseur DC/DC est utile pour le réseau à bord.

Au total, la valeur des composants d’électronique de puissance par voitures électrifiées – hybrides, hybrides rechargeables ou 100 % électriques – oscillerait entre 300 et 1 000 euros. « C’est équivalent au coût du moteur électrique, pointe M. Bastien. L’électronique de puissance devient l’un des domaines les plus stratégiques du secteur automobile, avec la batterie et le moteur électrique. »

Pour atteindre les parts de marché convoités, la France ne doit pas manquer la bascule technologique qui est en train de s’opérer dans le secteur. Plus encore : elle doit faire partie des chefs de file de cette « révolution en matière de technologies ». « Les semiconducteurs "wide band gap" (à large bande, comme le carbure de silicium SiC et le nitrure de gallium GaN, ndlr) sont peu à peu en train de remplacer les actuelles solutions silicium IGBT et MOSFET », résume le directeur « électronique de puissance » de la Plateforme automobile française.

La bascule « wide band gap » : GaN et SiC

La plus grande compacité (de l’ordre de 30 %) et le meilleur rendement (environ 30 % de réduction des pertes sur les onduleurs) des « wide band gap » en font des technologies de choix pour l’automobile. Ces performances se traduisent en effet par un gain en termes d’espace disponible dans l’habitacle et en termes d’autonomie. Selon la note présentée par Rémi Bastien, le nitrure de gallium (GaN), qui se distingue surtout par ses performances à très haute fréquence (au-delà de 100 kHz), serait particulièrement adapté aux chargeurs embarqués et aux convertisseurs DC/DC. Quant au carbure de silicium (SiC), il pourrait s’imposer pour les onduleurs haute tension (48 volt et plus).

Mais les défis technologiques sont encore nombreux avant le déploiement des « wide band gap » dans l’industrie automobile. Pour la technologie GaN (moins mature que SiC), « la fonctionnalité "normally-off" est l’un des axes de recherche prioritaires », soulève M. Bastien. Pour l’heure, le nitrure de gallium est dit « normally-on », c’est-à-dire qu’il laisse passer le courant même en l’absence d’excitation. Or, pour des raisons de sécurité, « pour l’automobile et les autres applications de mobilité, il faut que le produit ait une fonction "normally-off". »

Penser le système complet

Au-delà des aspects purement technologiques, la France devra également se démarquer sur les process industriels et engager une réflexion sur le système complet. « L’enjeu n’est pas d’avoir la Rolls Royce des semi-conducteurs, mais de développer un système homogène et donc de miser sur la standardisation, avance l’expert de l’électronique de puissance. Busbars, composants passifs, PCB, refroidissement, assemblage… il s’agit d’optimiser l’ensemble pour l’usage des SiC et des GaN. » La route est encore longue, mais déjà bien balisée, pour permettre à l’industrie française de s’imposer sur le marché de l’électronique de puissance.

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