Le professeur Bantval Jayant Baliga est considéré comme la personne ayant la plus grande empreinte carbone négative au monde. Ce surnom témoigne de son invention, le transistor bipolaire à grille isolée (IGBT), qu’il a mis au point dans les années 1980. Depuis lors, cette innovation a entraîné une réduction drastique de la consommation mondiale d’électricité.
« À 21 ans, alors que j’étais encore très naïf, j’ai écrit dans ma candidature à l’école doctorale que je voulais créer quelque chose qui profiterait à l’humanité. C’était un objectif ambitieux, mais il est étonnant de constater qu’il s’est réellement concrétisé avec l’IGBT. Cela a dépassé mes rêves les plus fous », déclare Bantval Jayant Baliga, éminent professeur d’ingénierie électrique à l’université d’État de Caroline du Nord.
L'IGBT est un composant qui a révolutionné la consommation d'énergie / consommation électrique des ascenseurs et d'innombrables autres applications que beaucoup d'entre nous utilisent quotidiennement. Cette année, cet ingénieur électricien né en Inde a été désigné lauréat du Millennium Technology Prize 2024 pour son innovation. Le jury a salué le fait que l'IGBT a permis une réduction drastique de la consommation d'électricité mondiale et a amélioré la qualité de vie des gens.
« Nous avons passé 40 ans à perfectionner ce dispositif à l'échelle mondiale, à optimiser la technologie et à réduire considérablement ses coûts. C'est pourquoi l'IGBT a conservé sa position dominante dans ce domaine toutes ces années », explique-t-il.
Un élément clé des systèmes d'énergie renouvelable
Dans sa forme la plus simple, l'IGBT ressemble à un rectangle noir plat d'où sortent trois broches métalliques, comme les dents d'une fourchette. Il est pourtant devenu un élément essentiel de tous les systèmes d'énergie renouvelable, des véhicules électriques, des chargeurs de batterie et des réfrigérateurs à de nombreux autres appareils ménagers, industriels et médicaux – voire aux trains à grande vitesse et aux navettes spatiales.
Nos voitures électriques fonctionnent avec des batteries à courant continu, dont l’électricité est convertie en courant alternatif par des onduleurs à base d’IGBT afin d’alimenter le moteur.
« Tous les systèmes d’énergie renouvelable nécessitent l’utilisation d’IGBT. L’énergie solaire, par exemple, produit une tension et un courant continus, mais l’IGBT convertit le courant sous la forme que nous utilisons dans nos foyers », explique Baliga.
« L'énergie éolienne produit du courant alternatif à fréquence variable lorsque la turbine tourne à différentes vitesses, mais il faut le convertir en un courant bien régulé que nous pouvons utiliser. Tout cela se fait à l'aide d'IGBT, tout comme pour l'énergie houlomotrice ou la géothermie. Cela signifie qu'il restera un composant essentiel pour les énergies renouvelables à l'avenir. »
Au cours des trois dernières décennies, la conception de Baliga a contribué à réduire les émissions mondiales de CO2 d’environ 82 gigatonnes, ce qui correspond aux émissions de l’humanité sur trois ans.
Une avancée majeure dans le domaine des ascenseurs
La technologie IGBT a joué un rôle central dans le développement de la conception durable des ascenseurs KONE. Au milieu des années 1990, nous avons réalisé une avancée majeure en combinant des variateurs de fréquence à base d’IGBT avec le moteur d’ascenseur KONE EcoDisc®, établissant ainsi une nouvelle norme mondiale.
« Au début des années 1990, ces nouveaux systèmes d'entraînement ont permis à nos ascenseurs d'atteindre un niveau d'efficacité énergétique sans précédent, réduisant la consommation annuelle de plus de 10 000 kWh à environ 6 000 kWh. Lorsque nous les avons combinés, au milieu des années 1990, avec les moteurs à entraînement direct à aimants permanents KONE EcoDisc et des microcontrôleurs, cette valeur a encore baissé pour atteindre 3 000 kWh, voire moins », explique Janne Rossi, responsable du développement des machines et des entraînements chez KONE.
En 2017, nous avions réduit la consommation énergétique annuelle d’un ascenseur type dans un immeuble résidentiel européen jusqu’à 90 %, en combinant un éclairage LED, un mode veille et des fonctions toujours plus intelligentes avec des moteurs et des entraînements à haut rendement énergétique. Aujourd’hui, la consommation annuelle d’un KONE MonoSpace® 500 DX moderne s’élève à environ 550 kWh.
Depuis les années 1990, grâce à la technologie IGBT, nous avons pu étendre notre technologie EcoDisc® sans réducteur à tous nos ascenseurs, offrant ainsi aux passagers un confort de conduite encore accru et une nouvelle dimension d’éco-efficacité. Le développement se poursuit, et aujourd’hui encore, cette technologie alimente les ascenseurs KONE, les dernières générations d’entraînements réinjectant l’énergie excédentaire dans le réseau électrique du bâtiment.
Les entraînements régénératifs de KONE peuvent récupérer jusqu’à 20 à 40 % de la consommation énergétique totale d’un système d’ascenseur en réutilisant l’énergie générée lors du freinage de l’ascenseur. À l'avenir, la généralisation des entraînements régénératifs compatibles IGBT continuera de contribuer à un mode de vie urbain plus durable. Cette évolution sera complétée par d'autres technologies innovantes, telles que des systèmes de commande toujours plus intelligents et optimisés, des mécanismes d'ascenseur plus légers et des technologies de levage de pointe.
Un design durable pour toute une vie
« Il y a plus de 30 ans, KONE a pris conscience de la nécessité d’économiser l’électricité et de développer des ascenseurs plus durables. Les nouvelles conceptions doivent toujours réduire la consommation d’énergie par rapport aux modèles précédents », explique Satu Virkkunen, responsable du département Développement durable et Recherche et Développement chez KONE. Selon elle, l’IGBT s’inscrit parfaitement dans les principes de conception durable de KONE.
« Nous concevons en tenant compte de toute la durée de vie. Nous prenons en considération toute la durée de vie du bâtiment dans lequel nos installations sont installées. »
Cette approche est également un élément clé de la nouvelle stratégie de KONE, qui met l’accent sur les mesures visant à réduire les émissions de CO2. L’entreprise souhaite contribuer à façonner l’avenir des villes.
« Comment pouvons-nous garantir que nous développons pour nos clients les options présentant les émissions de CO2 les plus faibles ? Comment pouvons-nous créer une offre qui soit la plus durable de notre secteur ? Tout ce que nous développons aujourd’hui est destiné à des bâtiments qui existeront encore pendant des décennies. C’est pourquoi nous devons nous assurer que ce sera encore une solution durable dans 50 ans. »
À 76 ans, Bantval Jayant Baliga est toujours actif professionnellement et continue de se tourner vers l’avenir.
« Toute ma vie a été consacrée à la recherche du transistor de puissance idéal pour les applications électroniques. Et bien sûr, on ne trouve jamais l’idéal parfait. Mais j’ai obtenu plus de 100 brevets américains en essayant de développer de meilleures idées pour me rapprocher de cet idéal. »
Il est probable que l’IGBT continue de jouer un rôle décisif dans la transition énergétique.
« La plupart des fabricants utilisent l’IGBT car c’est le composant le plus économique, le plus robuste et le plus performant. Depuis le début de sa production en série, nous avons travaillé sans relâche pour l’améliorer encore », résume Baliga.
Petit glossaire d'électrotechnique
Courant alternatif (CA) : électricité qui circule en va-et-vient par cycles et qui est généralement utilisée pour alimenter les appareils électroménagers, l'éclairage et les machines industrielles.
Courant continu (CC) : électricité qui circule dans un seul sens et qui est généralement utilisée dans les batteries des appareils portables, des appareils électroniques et des véhicules électriques.
Carte de commande : composant clé qui régule et distribue l'énergie électrique vers le système d'entraînement de l'ascenseur, garantissant ainsi un mouvement fluide et efficace de la cabine.
Entraînement d'ascenseur : mécanisme qui contrôle le mouvement ascendant et descendant de l'ascenseur.
IGBT : Un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) est un dispositif qui fonctionne comme un interrupteur pour contrôler efficacement de grandes quantités de courant et qui est fréquemment utilisé dans les systèmes d'alimentation électrique.
Microcontrôleur : Un microcontrôleur est un minuscule ordinateur sur une puce qui contrôle d'autres appareils et traite des informations. Il est utilisé dans les ascenseurs pour gérer des tâches telles que la commande des portes et la sélection des étages.
Transistor : Un transistor est un petit dispositif capable d'amplifier des signaux ou d'activer et de désactiver le courant, et qui joue un rôle dans la commande des circuits électriques des systèmes d'ascenseurs.