Electronique de puissance à Très Hautes performances pour l'AERonautique


Partenaires : ANR ETHAER (laboratoires Ampère, Laplace, LGEP), Société Airbus

Chercheurs impliqués : J. Brunello (doctorant), Z. Belkaid (doctorant), P. Enrici (MCF), J-J. Huselstein (MCF), F. Forest (Pr)

Durée : 4 ans (2013-2016)

Le projet ETHAER se situe à l’interface recherche amont/recherche industrielle. Il relève du domaine de l’électronique de puissance et se situe dans le contexte applicatif de l’avion plus électrique sur lequel se focalisent de nombreuses recherches depuis 5 ans. Il a pour ambition de contribuer à la définition de convertisseurs de puissance électroniques pour les avions de future génération (2015‐2025). Pour atteindre cet objectif global, le projet se focalise sur une fonction électrique particulière très contraignante, l’interconnexion entre les réseaux de bord 28V et +/‐270V, ces derniers étant d’ores et déjà définis. Il contient donc un important volet expérimental et technologique qui doit déboucher sur la réalisation de démonstrateurs. Mais il va plus loin, en visant la synthèse de méthodes de conception/optimisation, la construction d’outils associés et la définition de technologies d’intégration susceptibles d’être exploitées dans les autres fonctions de conversion électriques qui vont se multiplier dans les aéronefs.

Depuis plusieurs années, l’électricité prend une importance croissante dans le domaine aéronautique. En effet, le concept d’avion ʺplus électriqueʺ induit un fort potentiel d’amélioration par rapport aux systèmes conventionnels hydrauliques et pneumatiques, principalement par une simplification de la maintenance, une amélioration des rendements et une diminution des coûts de développement et d’exploitation. Au delà des applications ponctuelles dont ont pu bénéficier lA380, l’A400M et lA350 (commande de vol électriques, inverseurs de poussée, distribution alternative à fréquence variable, etc.), les programmes correspondants ont permis d’identifier des évolutions architecturales à même d’améliorer les performances des prochains avions civils. Ceci concerne notamment l’utilisation d’une distribution électrique à courant continu à haute tension dite ʺHVDCʺ.
Ce mode de distribution, rendu possible par l’évolution de l’électronique de puissance, offre différentes perspectives comme un gain de masse sur la distribution (câbles et protections), la suppression d’étages de redressement décentralisés, l’interopérabilité du réseau HVDC avec plusieurs sources, en particulier avec le réseau basse tension LVDC 28V. C’est cette liaison HVDC‐LVDC qui sera au coeur du projet. Toutefois, l’introduction massive de l’électronique de puissance dans un contexte très contraignant, nécessitant la réalisation d’équipements compétitifs, performants et fiables, va s’accompagner de nombreuses difficultés. Pour répondre à cette triple exigence, la conception devra concilier standardisation, mutualisation, intégration, optimisation et sûreté de fonctionnement. La résolution de cette équation complexe impose, d’une part, la définition d’une approche multi‐domaine globale basée sur la conception environnementale 3D (thermique, CEM) et fonctionnelle, d’autre part, l’utilisation de solutions nouvelles (topologies, lois de commande) et de technologies émergeantes (Intégration hybride, composants SiC, GaN, …). Les perspectives globales offertes par cette démarche sont principalement la baisse des
coûts de développement, de production et d’exploitation, l’optimisation de la maintenance préventive/corrective et l’amélioration de la sûreté des systèmes.