Électronique de puissance et véhicule électrique : « Nous ne devons pas rater le coche ! »

Organisé dans les locaux de l’École supérieure des techniques aéronautiques et de construction automobile (ESTACA), sur le Campus Paris-Saclay, cette 3e édition du TechShow dédié à l’électronique de puissance aura attiré pas moins de 120 participants, qui ont ainsi eu l’occasion de découvrir les projets portés à l’échelle européenne par cinq têtes de filières – Valeo, Vitesco, Renault, STMicroelectronics et Murata – épaulées par leurs nombreux partenaires.

Directeur mobilités de NextMove, Geoffroy Martin nous dresse un rapide bilan de l’évènement et revient en détail sur l’importance que revêt l’électronique de puissance pour la filière du véhicule électrique. Il nous livre également sa vision des facteurs qui pourraient permettre à la France de se positionner en tant que leader européen – voire mondial – sur ce sujet.

Techniques de l’Ingénieur : Quel est votre rôle au sein de NextMove ? En quoi vos missions consistent-elles ?

Geoffroy Martin : Je travaille au sein du pôle de compétitivité NextMove depuis une douzaine d’années. Ma mission consiste à animer des comités d’experts, dans le but d’accompagner les projets d’innovation, des projets centrés au départ sur les sujets « chaîne de traction » et « gestion de l’énergie », et désormais sur le thème « matériaux, confort et environnement ».

Collectivement, notre rôle est de favoriser l’innovation collaborative, de travailler en filière pour préparer les mobilités de demain. Nous sommes, historiquement, très centrés sur l’automobile, mais nous nous sommes petit à petit ouverts à tous les autres types de mobilité terrestre – transports en commun, mobilité douce… – mais aussi à tous les outils qui peuvent aider à passer d’une mobilité à une autre, ainsi qu’à tous les moyens qui permettent de produire ces outils de mobilité. Cette dernière partie axée autour de la performance industrielle ne fait en revanche pas partie de mon périmètre d’action ; je reste concentré sur les aspects liés à l’innovation en matière de produits et services de mobilité.

Vous avez co-organisé, le 3 octobre dernier, la 3e édition du TechShow Électronique de puissance… Quels étaient les objectifs de cette journée ?

Il s’agit d’une thématique que nous cherchons tout particulièrement à animer. Cet intérêt découle d’un programme lancé en 2020 autour de ce sujet par la Plateforme automobile et mobilités (PFA), qui représente la filière.

Nous vivons en effet en ce moment une révolution dans le domaine de l’électronique de puissance, avec l’arrivée des matériaux « grand gap » que sont le nitrure de gallium (GaN) et le carbure de silicium (SiC). Ces matériaux ont des propriétés physiques très particulières, qui permettent d’obtenir des gains d’efficience, de compacité et de rendement très importants. Ils permettent donc d’améliorer les performances des systèmes de conversion d’électricité, tout en diminuant leurs coûts.

Cette édition 2023 a ainsi été l’occasion pour nous de présenter de gros projets européens initiés grâce à ce programme PFA, des projets que l’on appelle IPCEI, pour « important projects of common european interest », et ce face à plus de 120 participants réunis pour l’occasion.

Ces projets ont vraiment pour vocation d’aboutir à une phase d’industrialisation. Nous avons ainsi eu l’occasion de découvrir les projets portés par cinq têtes de filières : Valeo, Vitesco, Renault, STMicroelectronics et Murata. Chacun de ces projets implique la mise en place de collaborations, de partenariats avec d’autres acteurs, et embarque ainsi une grande partie de la filière, au niveau national et européen.

Outre le fait de faire connaître ces projets en tant que tels, l’objectif de cette journée était aussi d’inciter les participants à déposer leurs propres projets. L’offre de financement au niveau national et européen se révèle en effet plutôt étoffée aujourd’hui. Les porteurs de projets ont donc tout intérêt à se regrouper pour en bénéficier. NextMove est là également pour les aider à répondre à ces appels et trouver les bons partenaires.

D’une manière générale, quelles sont les fonctions, quels sont les organes des véhicules électriques qui pourraient bénéficier des progrès de l’électronique de puissance ?

On distingue trois grandes familles d’organes concernés. La première concerne le chargeur embarqué. Ce dispositif fait le lien entre la borne de recharge à domicile et la batterie, en convertissant le courant alternatif du secteur en courant continu nécessaire à la recharge. Or, toute conversion implique des pertes, notamment par échauffement. Ces pertes s’élèvent, pour l’heure, à environ 10 % ou 20 %, selon les marques de chargeurs embarqués, voire jusqu’à 30 % pour les plus anciens modèles… Tout l’enjeu de l’électronique de puissance consiste ainsi à réaliser cette conversion avec le moins de pertes possible.

Ceci est valable pour la seconde catégorie d’organes concernés par l’électronique de puissance : l’onduleur. Ce dispositif permet quant à lui de convertir le courant continu de la batterie en courant alternatif, afin de l’envoyer vers le moteur. Chaque point de rendement gagné sur cet onduleur se traduit ainsi soit par un gain d’autonomie, soit par une diminution de la taille des batteries, et donc in fine du coût d’achat du véhicule électrique. Ceci illustre à nouveau l’intérêt de développer des électroniques de puissance très performantes.

Enfin, le dernier de ces organes est le convertisseur « DC-DC », qui permet d’abaisser les 400 ou 800 V de la batterie vers la tension de 12 V qui fait fonctionner tout le réseau de bord : feux, autoradio, etc.

L’émergence des matériaux « grand gap » que j’évoquais va donc permettre d’améliorer les rendements de tous ces organes, mais aussi d’en augmenter la compacité et d’en diminuer la masse. Ces technologies restent relativement jeunes, leur coût se révèle donc en général un peu plus élevé que celui de solutions plus conventionnelles. En considérant le système dans son ensemble, elles s’avèrent toutefois d’ores et déjà avantageuses grâce au poids et au volume qu’elles permettent d’économiser. À terme, elles devraient également permettre de gagner en coûts.

La filière électronique et la filière automobile ont l’objectif de construire une « équipe de France » de l’électronique de puissance… Quelles sont les origines de cette ambition ?

Nous sommes partis d’un constat très simple : aujourd’hui, une grande partie de l’industrie des semi-conducteurs est incarnée par des acteurs basés en Asie. Nous avons pourtant de vrais atouts à faire valoir, avec une recherche académique très performante et des acteurs bien positionnés tels que ST ou Exagan. Malheureusement, la concurrence asiatique a causé beaucoup de torts à l’industrie électronique nationale, il nous faut donc aujourd’hui la redévelopper d’un point de vue industriel. Le Covid a par ailleurs révélé notre dépendance vis-à-vis de ce type de systèmes. Nous avons donc tout intérêt à nous donner les moyens de les produire en France afin de remédier à cette crise, qui persiste. À cela s’ajoutent des tensions géopolitiques très fortes, notamment du côté de Taïwan, l’un des grands fournisseurs de ces semi-conducteurs avec TSMC par exemple…

Cet objectif répond aussi à de vrais enjeux de souveraineté, de compétitivité, et d’emploi local. Pour donner un ordre de grandeur, les trois systèmes que j’évoquais – chargeur embarqué, onduleur et DC-DC – représentent à eux seuls une part qui équivaut à celle d’un moteur essence dans le coût global d’un véhicule électrique. Nous avons donc tout intérêt à nous doter des outils nécessaires à la production de ces systèmes.

Quelles sont selon vous les conditions à réunir pour permettre à cette ambition de se concrétiser ?

La première d’entre elles concerne les compétences : on a notamment besoin d’avoir des ingénieurs en grand nombre. Ensuite, il faut aussi que nous soyons à la pointe en matière d’innovation. Le pôle de compétitivité NextMove a un grand rôle à jouer sur ce plan, en fédérant les acteurs : constructeurs, équipementiers… mais aussi start-up, PME et laboratoires de recherche, tels que le CEA-Leti, le SATIE, VEDECOM, l’IRT Saint Exupéry…

Nous sommes historiquement axés autour du secteur automobile, et moins de l’électronique. C’est pour cela que nous nous sommes associés à l’Alliance des composants et systèmes pour l’industrie électronique (ACSIEL), afin que nous puissions mêler nos deux écosystèmes. Il faut faire en sorte que toutes ces compétences se parlent et puissent s’associer. C’est d’ailleurs l’un des objectifs d’un évènement tel que le TechShow.

L’ultime clé qui permettra à la France de s’imposer en tant que leader européen – voire mondial – de l’électronique de puissance est aussi le développement d’usines, et ce sur toute la chaîne de valeur, depuis les fonderies qui fabriqueront les wafers de GaN et de SiC, jusqu’aux Electronic manufacturing services (EMS), chargés quant à eux de l’implantation des composants sur les cartes électroniques. Toute cette filière industrielle reste à mobiliser.

L’implication des pouvoirs publics sur ce sujet n’est pas encore aussi forte que pour le développement d’usines de batteries par exemple. Pour autant, il se passe quand même des choses. STMicroelectronics et GlobalFoundries ont notamment annoncé un énorme projet d’usine à Crolles, en Isère ; un investissement de 7,5 G€, financé pour partie grâce à un soutien public de 2,9 G€. On ne peut donc pas dire qu’il ne se passe rien, même si des progrès restent à faire.

Le sujet de l’électronique de puissance est sans doute un peu moins sexy que celui de la batterie, ou de l’hydrogène par exemple, il s’agit pourtant d’un sujet central, stratégique, qu’il faut absolument aider. Nos concurrents asiatiques sont particulièrement agressifs, nous devons donc être ingénieux et compétitifs, afin de contrecarrer leurs offres à bas coût par l’innovation. Nous devons tout faire pour ne pas rater le coche !