Si vous suivez mon travail, vous aurez remarqué que j’écris sur les Solid State Transformers (SST) depuis des années. Dans mon article sur les microréseaux DC, j’ai décrit comment « les solid-state transformers (SST) sont composés d’éléments modulaires multi-étages qui peuvent être déconnectés en cas de défaut sur le réseau » et j’ai loué leur capacité à « contrôler ou limiter les courants de court-circuit ». Je défends les bénéfices de cette technologie depuis vingt ans. J’ai utilisé ce terme dans des articles, des présentations, des tutoriels et d’innombrables discussions avec des collègues et des étudiants.
J’étais dans le faux. Ou plutôt, j’utilisais le mauvais mot.
Un pavé dans la marre
Lors de la récente Session de Cigré à Paris, j’ai eu l’opportunité de travailler avec des collègues du Comité d’Étude B4 (Systèmes DC et Électronique de Puissance). Au cours des discussions, des représentants de l’IEC TR 22F ont jeté ce qu’on pourrait appeler un pavé dans la marre. Leur message était d’une simplicité désarmante, mais leurs mots résonnent encore :
La transformation de tension est une capacité des convertisseurs de puissance, pas une propriété, comme c’est le cas dans un transformateur.
Dans un transformateur électromagnétique, la transformation de tension est une propriété physique inhérente, une conséquence directe de la loi de Faraday appliquée au rapport des spires des enroulements. Le transformateur transforme parce qu’il ne peut pas faire autrement. Un convertisseur de puissance, en revanche, peut transformer la tension, parmi bien d’autres choses qu’il sait faire. Il peut également réguler le transfert de puissance, fournir du support réactif, modifier la fréquence, isoler des défauts et fonctionner de manière bidirectionnelle. La transformation de tension est l’une de ses capacités, non sa propriété physique.
Pourquoi le terme « Solid State Transformer » est erroné
L’argument de l’IEC TR 22F repose sur une observation physique fondamentale. Un transformateur au sens électromagnétique fonctionne selon le principe de l’induction magnétique entre des enroulements couplés. Son comportement est gouverné par des lois physiques immuables : le rapport des spires détermine le rapport des tensions, le matériau du noyau fixe les limites de flux, et la fréquence relie le tout. On ne contrôle pas un transformateur ; on le conçoit, et ensuite il fait ce que la physique dicte.
Un convertisseur d’électronique de puissance fait quelque chose de fondamentalement différent. Il utilise des interrupteurs à semiconducteurs pour façonner activement la forme d’onde électrique. La transformation de tension est obtenue par stratégie de modulation, asservissement, déphasage, avec une combinaison de paramètres contrôlables par logiciel. La transformation n’est pas une propriété du dispositif ; c’est une fonction que le dispositif exécute, une fonction parmi d’autres.
L’appeler transformateur implique que la transformation de tension est intrinsèque et fixe. Elle n’est ni l’un ni l’autre. Et le « transformateur DC » ? Cette expression décrit quelque chose de physiquement impossible — il n’existe aucun dispositif magnétique passif qui transforme une tension continue par induction. Le concept lui-même est un oxymore.
Quant à « Power Electronics Transformer » (PET), la même objection s’applique : elle présente le dispositif comme un transformateur implémenté avec de l’électronique de puissance, alors qu’en réalité il s’agit d’un convertisseur de puissance qui, parmi d’autres fonctions, est capable d’effectuer une transformation de tension.
La terminologie correcte
La position de l’IEC TR 22F est que le terme approprié devrait être Electronic Power Converter (EPC) — spécifiquement, un EPC avec isolation lorsqu’une isolation galvanique est assurée. Le terme Electronic Power Transformer est également à l’étude, bien que cela reste en discussion et n’ait pas été finalement confirmé.
Pour le cas spécifique du DC — qui est le scénario le plus pertinent pour les architectures modernes de centres de données — la description la plus précise serait convertisseur de puissance électronique DC isolé. C’est moins accrocheur que « Solid State Transformer ». Ça ne tiendra pas aussi joliment dans un titre de conférence ou une campagne de marketing. Mais c’est scientifiquement correct, et cela devrait compter pour nous académiciens et ingénieurs.
Ce n’est pas seulement une question de sémantique
On pourrait être tenté de balayer tout cela en arguant d’une simple querelle de nomination alors que la technologie fonctionne parfaitement, quel que soit le nom qu’on lui donne. Mais les implications vont bien au-delà du langage.
Normes et tests standards
On ne teste pas un transformateur électromagnétique de la même manière qu’un convertisseur de puissance électronique. Un transformateur est soumis à des essais diélectriques, des mesures d’impédance de court-circuit, des essais de pertes à vide et en charge, et du cyclage thermique fondé sur l’hypothèse d’un fonctionnement passif et continu sous excitation sinusoïdale. Un convertisseur de puissance électronique nécessite des procédures de qualification entièrement différentes : fiabilité de commutation sous contrainte thermique, vérification de la stabilité des boucles de contrôle, conformité CEM pour les harmoniques de commutation à haute fréquence, validation du firmware, et caractérisation de la réponse aux défauts.
Si un dispositif est appelé transformateur, il existe un réflexe réglementaire naturel de le tester comme tel. Ce n’est pas un souci hypothétique — les comités de normalisation et les organismes de certification naviguent au quotidien dans ces classifications, et une mauvaise classification peut conduire à des essais inadéquats ou, inversement, à des exigences inappropriées qui étouffent l’innovation.
Brevets et propriété intellectuelle
Que vaut un brevet sur un « Solid State Transformer » si le terme lui-même est scientifiquement et terminologiquement incorrect ? Les revendications de brevet construites sur une terminologie imprécise sont vulnérables. Si l’invention brevetée est décrite à l’aide d’un terme que le comité technique pertinent a formellement rejeté comme inexact, la portée et la validité de ce brevet peuvent être remises en question. Ce n’est pas du blabla de jursite, c’est une préoccupation réelle que les professionnels de la propriété intellectuelle dans notre domaine devraient prendre au sérieux.
Alimentation DC des centres de données et fermes à IA
Le domaine le plus visible où cette terminologie se propage est sans doute la transformation en cours des architectures d’alimentation des centres de données. Le SST a été positionné dans la littérature, les white books et les réseaux sociaux comme le premier catalyseur des stratégies modernes d’alimentation DC dans les centres de données. Les supports marketing des fournisseurs invoquent de manière routinière le « Solid State Transformer » comme remplacement révolutionnaire du transformateur classique.
La technologie à laquelle ces supports font référence est réelle et véritablement transformatrice. Elle permet un contrôle flexible du transfert de puissance entre deux réseaux, avec une capacité bidirectionnelle. Dans le cas de l’AC, elle offre un contrôle indépendant de la puissance réactive, chose qu’aucun transformateur passif ne peut offrir. Dans le cas du DC, elle propose une transformation de tension flexible, adaptable à des tensions de bus variables et à des conditions de charge fluctuantes. L’isolation galvanique est assurée par des étages de transformateur à moyenne fréquence, réduisant drastiquement l’encombrement et le poids comparés aux équivalents à fréquence industrielle. Aussi, la limitation des courants de défaut ainsi que la déconnexion sélective d’étages modulaires complètent un ensemble de capacités qu’aucun transformateur passif ne pourrait jamais égaler.
Aucune de ces fonctions n’est une « transformation » au sens passif et électromagnétique. Ce sont des fonctions de contrôle actif exécutées par un convertisseur de puissance. Appeler le dispositif un transformateur masque ce qui le rend précieux, à savoir ses capacités, et invite la comparaison avec un composant dont les principes de fonctionnement sont entièrement différents.
Confession et correction de cap
Je serai honnête : changer d’habitude n’est pas facile. « Solid State Transformer » est un terme que j’utilise depuis deux décennies. Il figure dans mes publications, mes diapositives de cours, mes tutoriels. L’acronyme « SST » roule sur la langue et s’inscrit élégamment dans un sous-titre. « Convertisseur de puissance électronique DC isolé » est plus compliqué à placer dans une conversation. De nombreux collègues respectés, institutions et publications ont utilisé « SST » abondamment et de bonne foi. Le terme est apparu dans des articles IEEE, des brochures Cigré, des documents IEC et d’innombrables actes de conférences. Mais maintenant que les instances techniques compétentes se sont exprimées, nous avons la responsabilité de les écouter. La position de l’IEC TR 22F nous donne une direction claire : arrêter de l’appeler transformateur, commencer à l’appeler convertisseur.
Mais il n’est jamais trop tard pour corriger une erreur, surtout quand celle-ci porte des conséquences pour la clarté scientifique, le développement des normes et la précision juridique. Le langage façonne notre pensée, et quand notre langage est imprécis, notre ingénierie suit. Désormais, je défendrai la terminologie correcte dans mon enseignement, mes écrits et mes contributions professionnelles. La prochaine fois que je serai sur le point d’écrire « Solid State Transformer » dans un article, un appel à projet ou une demande de brevet, je me demanderai : est-ce que je décris un dispositif dont la propriété définissante est la transformation de tension ? Ou est-ce que je décris un convertisseur de puissance qui, parmi ses nombreuses capacités, peut transformer une tension ?
Page de la commission électrotechnique internationnale: https://www.iec.ch/dyn/www/f?p=103:7:::::FSP_ORG_ID:1415
