Pour intégrer les énergies renouvelables dans le mix énergétique et décarboner les différents secteurs applicatifs, les systèmes et réseaux énergétiques (chaleur, froid, électricité, gaz, hydrogène) doivent être repensés. Multi-vecteurs, multi-échelles et multi-technologies, nous mettons notre vision agnostique des technologies et des vecteurs énergétiques au service de cet enjeu.

De la conception initiale à la mise en application, nous couvrons l’ensemble du continuum et portons une attention particulière à la simulation, à la virtualisation, au diagnostic operando et au pilotage des systèmes énergétiques pour en maximiser tout le potentiel. Pour les rendre davantage connectés et intelligents, nous mettons nos outils d’optimisation du dimensionnement et du pilotage des systèmes et des réseaux au service de la décarbonation de l’économie. La combinaison entre simulation numérique, tests semi-virtuels en environnement représentatif et démonstration de systèmes opérationnels nous permettent de piloter de manière coordonnée les différents producteurs, consommateurs et moyens de stockage des différents vecteurs énergétiques de systèmes complexes. Notre signe distinctif pour atteindre ces résultats : nos connaissances pointues de chaque composant de nos technologies et notre capacité à fournir des connaissances de référence grâce à notre vision intégrée de l’énergie. ​

​Avec une production annuelle de chaleur atteignant des proportions colossales, à hauteur de 1950 terawatts.heure par an pour l’Europe seule, il est impératif de repenser notre approche envers cette ressource fondamentale. Au cœur de cette réflexion se trouve l'industrie, un acteur majeur dans la consommation de chaleur, alimentée principalement par des sources d'énergies primaires telles que le gaz et le pétrole. Les enjeux qui se profilent à l'horizon sont clairs : optimiser l’utilisation de la chaleur pour diminuer la consommation et, à terme, remplacer ces sources fossiles par des alternatives renouvelables et propres.

Nous mettons notre expertise et nos installations au service de cet enjeu. En ce sens, nous concentrons nos travaux sur la captation et la récupération de chaleur rejetée par les sites industriels, souvent appelée chaleur fatale. Nous portons une attention particulière aux échangeurs de chaleur résistants aux fluides chargés en particules, leur design et les matériaux utilisés pour leur conception. Notre expertise en simulation nous permet ensuite d’imaginer et de tester des systèmes complexes de transfert thermique et de réaliser des tests de ces fluides à petite échelle. Nous sommes en mesure de proposer des solutions logicielles et techniques pour soutenir la gestion complexe des systèmes thermiques, et nous proposons des solutions adaptées à chaque contexte.

Enfin, nous collaborons avec des partenaires de l'industrie lourde pour valoriser la chaleur fatale de leurs usines et décarboner les processus industriels. Afin de couvrir le spectre le plus large possible, nous intervenons dans différents secteurs à l’instar de l’agroalimentaire ou des hautes technologies. Notre engagement envers l’adoption du stockage thermique, pour une utilisation décalée dans le temps par rapport à la production ou à la récupération, se traduit par une implication dans différents projets que tel que celui mené avec la société Grims, dédié aux réseaux de chaleur.

Dans une logique d’exploration de moyens novateurs pour stocker l’électricité, nous menons aussi des recherches sur les batteries de Carnot, avec une conversion en chaleur en cas de surproduction dans un premier temps, suivi d’une utilisation directe de cette chaleur ou d’une conversion inverse pour produire de l’électricité sur des périodes où elle manque. ​

​A l’interconnexion des systèmes énergétiques, les convertisseurs de puissance du futur devront répondre à plusieurs enjeux : intégration des énergies nouvelles au mix énergétique, décentralisation, augmentation des besoins en énergie électrique, utilisation intelligente et efficiente de l’énergie… Pour relever ces défis, plusieurs critères sont à considérer comme le rendement, la densité de puissance, la fiabilité et la considération de l’écoconception.

Nous nous engageons alors dans cette nouvelle ère grâce aux matériaux dits "grand gap", tels que le Nitrure de Gallium (GaN) ou le Carbure de Silicium (SiC), qui sont capables d’adresser des fréquences de commutation et des niveaux de tension inaccessibles avec le silicium. Le CEA maîtrise toute la chaine de valeur de l’électronique de puissance, du matériau à l’applicatif, et cette approche nous permet de repenser la conception des convertisseurs de puissance et d’imaginer de nouvelles topologies, en intégrant des innovations technologiques de pointe.

Devant l’évolution des composants de puissance des réseaux, la pertinence du courant continu en moyenne tension se pose : leurs convertisseurs sont en effet souvent pourvus d’étages en courant continu, et seraient à même de se connecter directement entre eux pour former un réseau. Les standards pour ces domaines de tension en DC étant inexistants, nous défrichons les interrogations autour de ces architectures pour en juger la pertinence.

• Le projet TIGON, projet de 3 ans lancé en 2021, qui consiste à établir un prototype de double micro réseau à courant continu moyenne tension 3000Vdc et 1500Vdc constitués de convertisseurs sur base SiC ;
• Le projet DC Power, qui vise à réaliser deux démonstrateurs pré industriels de réseaux de moyenne tension en courant continu (de 3000 volts) avec des convertisseurs isolés alimentant des installations fortes puissances d’électrolyseurs hydrogène et de datacenters.

L'électronique de puissance devient un élément clé dans le développement de la mobilité électrique, jusqu’à considérer la voiture électrique, via sa batterie, comme une composante à part entière des réseaux. A ce titre, nous développons des batteries haute tension sous 800 volts et des chargeurs bidirectionnels embarqués (ou sur borne de recharge) aux rendements exceptionnels pouvant atteindre les 97 %. Leur maître mot : une densité de puissance élevée qui n’impacte ni la fiabilité, ni les performances.

​La croissance constante des besoins en électricité représente une opportunité pour notre institut. Nous nous appuyons sur notre capacité à intégrer des composants aux systèmes d'application, à coordonner des projets européens ambitieux, et à anticiper les évolutions grâce à notre approche intégrée pour répondre à cet enjeu. Guidés par l’efficacité et la sobriété, nous sommes mobilisés aux côtés de nos partenaires pour concevoir les systèmes énergétiques de demain.​