Les centres de données attendent jusqu'à cinq ans pour obtenir des transformateurs. Une solution efficace à 98 % se profile

Les délais d'attente pour les grands transformateurs conventionnels atteignent désormais jusqu'à cinq ans, selon Benjamin Boucher, analyste de la chaîne d'approvisionnement chez Wood Mackenzie. Ce sont les équipements nécessaires pour raccorder de nouvelles centrales électriques, des lignes de transport longue distance et des sites à forte demande comme les centres de données. « Les transformateurs sont devenus l'un des plus gros goulots d'étranglement pour les opérateurs de réseaux, les développeurs de production d'électricité et même les centres de données », explique-t-il. Un rapport publié aujourd'hui par MIT Technology Review décrit une piste possible pour contourner cette file d'attente : les transformateurs à semi-conducteurs, qui remplacent une grande partie de l'acier et du cuivre par des composants semi-conducteurs.

Comment fonctionne un appareil vieux d'un siècle

L'électricité perd une partie de son énergie sous forme de chaleur lorsqu'elle circule. Plus la tension est élevée, plus le courant est faible, et moins il y a de pertes. Le réseau élève donc la tension près de la centrale, puis la réabaisse près de votre domicile. Dans l'exemple américain donné par la source, l'électricité solaire pourrait sortir d'un onduleur à environ 480 volts, monter à 115 000 volts pour le transport, puis redescendre à 120 et 240 volts à la prise.

Un transformateur conventionnel y parvient avec des bobines de fil de cuivre de part et d'autre d'un noyau d'acier spécial. Le courant dans la première bobine crée un champ magnétique dans le noyau, qui induit une tension dans la seconde bobine. Le rapport du nombre de spires entre les deux bobines détermine si la tension monte ou descend. Cette conception a à peine changé depuis environ un siècle, et elle est grande, encombrante et difficile à remplacer, explique Srdjan Lukic, de l'Université d'État de Caroline du Nord.

Ce que change la version à semi-conducteurs

Un transformateur à semi-conducteurs convertit d'abord le courant alternatif entrant en courant continu, puis en courant alternatif haute fréquence, à l'aide de commutateurs fabriqués avec un semi-conducteur tel que le carbure de silicium. Un composant magnétique modifie la tension, puis d'autres éléments d'électronique de puissance reconvertissent la sortie sous la forme requise, généralement du courant continu puis du courant alternatif à plus basse fréquence.

La haute fréquence est la clé. Elle permet de réduire le noyau magnétique, dans certains cas jusqu'à environ un dixième de sa taille pour une même capacité, indique Lukic. L'appareil contrôle aussi la fréquence et la stabilité du courant au lieu de simplement suivre le réseau, et il absorbe le travail des redresseurs et onduleurs distincts, ce qui réduit l'encombrement total de l'équipement.

En août, la New York Power Authority et l'Electric Power Research Institute ont testé une unité d'un mégawatt, construite dans le laboratoire de Lukic, dans des conditions réalistes d'exploitation. Selon Lukic, le prototype affichait un rendement d'environ 98 %, contre environ 96 % pour l'association d'un transformateur conventionnel et d'un redresseur. Cela divise les pertes par deux, affirme-t-il. À noter que cette donnée provient du concepteur de l'appareil.

Ce que cela signifie pour les entreprises et les particuliers

L'usage à court terme se situe à l'intérieur des centres de données, pour alimenter les baies de serveurs. Les développeurs s'y concentrent parce que les capitaux affluent et que les exigences de tension y sont plus faibles. Heron Power a levé 140 millions de dollars en février pour commercialiser son Heron Link, et indique lancer des essais à plus grande échelle, notamment avec 10 mégawattheures de batteries à son siège de Scotts Valley, en Californie, et un projet pilote de ferme solaire. L'entreprise construit en Californie une usine de 100 millions de dollars qui, selon elle, démarrera la production en 2027 et atteindra 40 gigawatts de transformateurs par an en 2029.

Les limites comptent. Le prototype testé fonctionne à environ 15 000 volts. Les lignes de transport fonctionnent à des centaines de milliers de volts, et les appareils haute tension destinés au raccordement des centrales restent ce que Lukic appelle le Saint Graal. La technologie à semi-conducteurs existante ne peut pas encore y répondre. La file d'attente de plusieurs années pour les plus grandes unités conventionnelles n'est donc pas près de disparaître.

Les questions à vous poser

• Si votre projet nécessite un raccordement haute tension, lesquels de vos besoins en transformateurs une unité à semi-conducteurs peut-elle réellement satisfaire aujourd'hui, sachant que le prototype testé fonctionne à environ 15 000 volts ?
• Quel est le bilan de pannes en dehors d'un essai unique ? L'électronique de puissance présente plus de modes de défaillance que les transformateurs conventionnels : combien d'unités, pendant combien d'heures, étayent l'affirmation de fiabilité ?
• Heron affirme que sa conception modulaire maintient le système en marche lorsqu'un élément tombe en panne. Qui l'a vérifié, et qu'advient-il de votre charge pendant le remplacement du module défaillant ?
• Le rendement de 98 % se maintient-il à charge partielle et sur une année complète, ou seulement dans la configuration d'essai du laboratoire de Lukic ?
• L'usine de Heron devrait démarrer en 2027 et atteindre sa pleine cadence en 2029. Quelles dates de livraison et quelles pénalités un fournisseur acceptera-t-il de fixer par écrit ?

Ce qu'il faut surveiller ensuite

Surveillez les premières démonstrations de transformateurs à semi-conducteurs bien au-delà de 15 000 volts, ainsi que les résultats des projets pilotes de batteries et de ferme solaire de Heron. Des preuves que la technologie peut atteindre des tensions de classe transport, ou que l'usine de Heron démarre sa production en 2027 comme prévu, montreraient si elle allège le goulot d'étranglement ou si elle reste cantonnée aux locaux techniques des centres de données.