FR3150358A1

FR3150358A1 - Electrical circuit comprising a unit capable of supplying electrical energy

Info

Publication number: FR3150358A1
Application number: FR2306458A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Labbe; Nicolas Allali
Original assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2023-06-22
Filing date: 2023-06-22
Publication date: 2024-12-27

Abstract

Circuit électrique générateur d’énergie électrique (1), notamment agencé pour être connecté à un réseau électrique de tension alternative, comprenant : - des bornes d’entrée (140, 141), aptes à être connectées au réseau de tension alternative (100), - un étage de génération d’énergie électrique (102) comprenant au moins un composant (105) définissant une inductance, notamment au moins un composant (106) définissant un condensateur, et une unité (200) apte à fournir de l’énergie électrique, - deux bornes de sortie entre lesquelles une charge (207) est apte à être connectée, – un système de commutation (101), comprenant au moins un interrupteur statique de puissance, le système de commutation étant configuré pour alimenter électriquement l’étage de génération d’énergie électrique (102) de manière à ce que l’unité (200) soit alimentée par des impulsions de courant, et - un convertisseur de tension (110), notamment distinct du système de commutation (101), à travers lequel de l’énergie électrique est fournie par l’unité entre les bornes d’entrée (140, 141) et/ou entre les deux bornes de sortie (201, 202) du circuit. Figure de l’abrégé : figure 1 Electrical circuit generating electrical energy (1), in particular arranged to be connected to an alternating voltage electrical network, comprising: - input terminals (140, 141), capable of being connected to the alternating voltage network (100), - an electrical energy generation stage (102) comprising at least one component (105) defining an inductance, in particular at least one component (106) defining a capacitor, and a unit (200) capable of supplying electrical energy, - two output terminals between which a load (207) is capable of being connected, - a switching system (101), comprising at least one static power switch, the switching system being configured to electrically power the electrical energy generation stage (102) so that the unit (200) is powered by current pulses, and - a voltage converter (110), in particular distinct from the switching system (101), through which of the electrical energy is supplied by the unit between the input terminals (140, 141) and/or between the two output terminals (201, 202) of the circuit. Abstract figure: figure 1

Description

Electrical circuit comprising a unit capable of supplying electrical energy

La présente invention concerne une unité apte à fournir de l’énergie électrique ainsi qu’un circuit électrique comprenant une telle unité.The present invention relates to a unit capable of supplying electrical energy as well as an electrical circuit comprising such a unit.

Actuellement, pour faire fonctionner des équipements utilisant de l’énergie électrique, ces derniers doivent être soit connectés à un réseau terrestre de distribution d’énergie électrique en courant alternatif, soit alimentés à partir d’unités de stockage d’énergie électriques, ces dispositifs de stockage étant coûteux et encombrants.Currently, to operate equipment using electrical energy, the latter must either be connected to a terrestrial alternating current electrical energy distribution network or powered from electrical energy storage units, these storage devices being expensive and bulky.

L’invention vise notamment à mettre à disposition une énergie électrique utilisable qui ne nécessite ni d’avoir à stocker toute ou quasiment toute la source d’énergie électrique utile, ni d’avoir à reconstituer tout ou partie de ce stock, notamment par recharge, ni d’être entièrement dépendant de l’état d’un réseau électrique.The invention aims in particular to provide usable electrical energy which does not require having to store all or almost all of the useful electrical energy source, nor having to reconstitute all or part of this stock, in particular by recharging, nor being entirely dependent on the state of an electrical network.

L’invention vise également à approcher le plus, voire atteindre, la neutralité carbone, à la fois pour le transport de personnes ou de marchandises, et pour la production d’énergie électrique associée.The invention also aims to approach as closely as possible, or even achieve, carbon neutrality, both for the transport of people or goods, and for the associated production of electrical energy.

L’invention a ainsi pour objet une unité apte à fournir de l’énergie électrique, cette unité comportant :The invention thus relates to a unit capable of supplying electrical energy, this unit comprising:

- une cellule comportant un premier matériau rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces, avec présence de couplages par jonctions Josephson à ces interfaces entre régions supraconductrices, ce comportement supraconducteur et de couplage par jonctions Josephson entre régions supraconductrices se manifestant pour au moins une plage de température prédéterminée, notamment cette plage de température incluant une température de 20° Celsius, cette cellule contenant en outre un deuxième matériau semiconducteur mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur étant des grains de silicium ou de carbure de silicium,- a cell comprising a first material rendered with granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of Josephson junction couplings at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and Josephson junction coupling between superconducting regions manifesting itself for at least one predetermined temperature range, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell further containing a second semiconductor material mixed with the first material, in particular this second semiconductor material being grains of silicon or silicon carbide,

- deux électrodes, par exemple en cuivre, placées en contact électrique avec la cellule, de manière à assurer un passage de courant électrique à travers la cellule, notamment à travers toute la cellule, lorsque l’unité est mise en fonctionnement,- two electrodes, for example made of copper, placed in electrical contact with the cell, so as to ensure the passage of electric current through the cell, in particular through the entire cell, when the unit is put into operation,

unité dans laquelle :unit in which:

- les jonctions Josephson du premier matériau forment des chaînes de jonctions Josephson connectées en série de sorte que le courant électrique soit sujet à une amplification paramétrique lorsqu’il passe dans ces chaînes de jonctions Josephson connectées en série, ce courant étant délivré sous forme impulsionnelle ayant, au début de chaque impulsion, une pente montante choisie suffisamment grande pour atteindre par exemple au moins 100 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule,- the Josephson junctions of the first material form chains of Josephson junctions connected in series so that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of Josephson junctions connected in series, this current being delivered in pulse form having, at the start of each pulse, a rising slope chosen to be sufficiently large to reach for example at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,

- des paires de jonctions Josephson, chaque paire étant formée de deux jonctions Josephson connectées en parallèle formant une boucle appelée boucle JJP, dont au moins l’une des jonctions Josephson, ou les deux jonctions, appartient à une terminaison d’une chaîne de jonctions Josephson connectées en série, ces boucles étant capables de produire une excitation paramétrique du niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, de manière à générer des photons de ces excitations,- pairs of Josephson junctions, each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called a JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to an end of a chain of Josephson junctions connected in series, these loops being capable of producing a parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons from these excitations,

le deuxième matériau semiconducteur est capable de convertir, par effet photoélectrique interne, l’énergie des photons générés par les boucles JJP terminales, en une source de courant électrique supplémentaire par extraction d’électrons dans la bande de conduction du semiconducteur, qui apporte un excédent de charges électriques libres s’ajoutant au courant électrique qui traverse la cellule, ce courant supplémentaire étant à son tour sujet à amplification paramétrique lorsqu’il passe dans les chaînes de jonctions Josephson connectées en série.the second semiconductor material is able to convert, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into an additional source of electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which brings an excess of free electric charges adding to the electric current that crosses the cell, this additional current being in turn subject to parametric amplification when it passes through the chains of Josephson junctions connected in series.

D’un point de vue électrique, chaque chaîne de jonctions Josephson connectées en série, présentes de fait dans le matériau granulaire, peut être assimilée à une succession de schémas électriques LC (inductance et capacitance) avec L (inductance) variable.From an electrical point of view, each chain of series-connected Josephson junctions, present in fact in the granular material, can be assimilated to a succession of LC (inductance and capacitance) electrical diagrams with variable L (inductance).

Une jonction Josephson est habituellement assimilée à une inductance non-linéaire, et la connexion en série de telles jonctions étant considérée comme formant une ligne de transmission non-linéaire (encore appelée NLTL désignant en anglais « Non-Linear Transmission Line ») apte à amplifier de manière paramétrique le courant électrique qui la traverse. Ainsi, le long de trajets entre les électrodes, se forment des lignes de transmission non-linéaires NLTL à telles jonctions Josephson fonctionnant en amplificateurs paramétriques de courant à onde progressive (encore appelés TWPA désignant en anglais « Traveling wave parametric amplifier »). On peut se référer, à ce sujet, à l’article « Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial » par A. Zorin (IEEE, 2017, 16th International Superconductive Electronics Conference, ISEC).A Josephson junction is usually considered to be a non-linear inductance, and the series connection of such junctions is considered to form a non-linear transmission line (also called NLTL for "Non-Linear Transmission Line") capable of parametrically amplifying the electric current passing through it. Thus, along paths between the electrodes, non-linear NLTL transmission lines are formed with such Josephson junctions operating as traveling wave parametric amplifiers (also called TWPA for "Traveling wave parametric amplifier"). On this subject, we can refer to the article "Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial" by A. Zorin (IEEE, 2017, 16th International Superconductive Electronics Conference, ISEC).

Comme on peut s’en apercevoir en se référant à l’article « Soliton production with nonlinear homogeneous lines, with ability to amplify voltage » par J. Elizondo (IEEE Transactions on Plasma Science, 2015), où en amplification de tension électrique, cette fois avec capacitances non-linéaires, il peut être obtenu avec 24 motifs périodiques en série une amplification d’un facteur 10 environ, de 7 à 75 kV, il est remarquable qu’une amplification de 22 décibels en courant a été ainsi mesurée par A. Zorin avec 300 motifs périodiques LC en série avec inductances non-linéaires représentant habituellement des jonctions Josephson.As can be seen by referring to the article "Soliton production with nonlinear homogeneous lines, with ability to amplify voltage" by J. Elizondo (IEEE Transactions on Plasma Science, 2015), where in electrical voltage amplification, this time with nonlinear capacitances, it can be obtained with 24 periodic patterns in series an amplification of a factor of about 10, from 7 to 75 kV, it is remarkable that an amplification of 22 decibels in current was thus measured by A. Zorin with 300 periodic LC patterns in series with nonlinear inductances usually representing Josephson junctions.

Pour chaque paire de jonctions Josephson qui se trouvent être connectées électriquement en parallèle plutôt qu’en série dans le matériau constitué, il est formé un agencement en SQUID, désignant en anglais un « Superconducting Device Quantum Interference Device».For each pair of Josephson junctions that happen to be electrically connected in parallel rather than in series in the material, a SQUID arrangement is formed, standing for Superconducting Device Quantum Interference Device.

Alors que ces agencements de jonctions Josephson (c’est-à-dire à effet tunnel entre régions supraconductrices), en boucles dites « SQUID » sont le plus souvent considérés comme des instruments de mesure -- notamment des interféromètres -- extrêmement sensibles pour le champ magnétique, on s’intéresse ici à une tout autre de leurs propriétés dynamiques remarquables, qui est de générer des photons par extraction depuis le niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, ce dernier étant en moyenne de niveau nul comme pour le vide au sens de la physique classique, mais présentant des fluctuations de caractère exclusivement quantique, dont il est alors possible d’obtenir un effet à partir d’une excitation paramétrique, en l’occurrence à partir d’un dispositif de type SQUID fonctionnant en régime micro-ondes en terminaison de ligne de transmission. Il s’agit de l’effet Casimir dynamique (ou effet DCE), comme cela est expliqué en référence soit à l’article « Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit » par C. Wilson et P. Delsing (Nature, 2011), soit à l’article « Dynamical Casimir Effect in a Josephson metamaterial » par P. Lähteenmäki et P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), soit à l’article « Stimulating uncertainty: Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits » par P. Nation et F. Nori (American Physical Society, Reviews of Modern Physics, 2012). Il est important de noter que ces trois articles font état de résultats expérimentaux en validation de théories émises plusieurs décennies auparavant, et que dans ce cadre le mode opératoire par boucle de jonctions Josephson en terminaison de ligne pour générer des photons est évalué plus efficace de plusieurs ordres de grandeur, comparativement à la disposition initiale de principe à miroir mobile, pour l’effet DCE dont il est question. Il s'agit, dans ces publications, d'un mécanisme d'excitation paramétrique qui aboutit à un résultat expérimental de création d'un flux de photons réels à partir du vide. On peut encore citer la publication "Parametric resonance",in"Course of theoretical physics" par Lev Landau, Acad. Sc. URSS, pp. 80-81 (tome 1 parmi 10, Elsevier, 3ème édition, 1976). Cette dernière publication se réfère à un système dans lequel, à l'équilibre, à x = 0 (x étant par exemple une position), le système est en équilibre instable, et tout écart même très faible suffit à une croissance rapide de x et dx/dt (voir notamment la solution avec termes en exp(+t/T), et pas seulement en exp(-t/T)). Ce système est non-fermé, pour lequel l'action extérieure revient à une variation temporelle d'au moins un ou de ses paramètres x. Ainsi, dans ce cadre très général, les positions x sont par nature généralisables en d'autres variables d'état comme par exemple le flux magnétique et la charge électrique (dont on peut définir des expressions d'énergies faisant intervenir x ou x²). Ces énergies sont, de manière générale, de niveau non-identiquement nul en condition initiale pour un tel système qui est le siège d'une amplification, interaction ou excitation paramétrique. Les énergies sont de niveau non-identiquement nul en particulier, pour le fond énergétique relatif à l'effet DCE dont il est démontré expérimentalement depuis 2011, que ce dernier peut être réalisé par excitation paramétrique sur un fond de niveau fluctuant d'énergie, même extrêmement faible.While these arrangements of Josephson junctions (i.e. tunneling between superconducting regions), in so-called "SQUID" loops are most often considered as measuring instruments -- notably interferometers -- extremely sensitive for the magnetic field, we are interested here in a completely different one of their remarkable dynamic properties, which is to generate photons by extraction from the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, the latter being on average at zero level as for the vacuum in the sense of classical physics, but presenting fluctuations of an exclusively quantum character, of which it is then possible to obtain an effect from a parametric excitation, in this case from a SQUID type device operating in microwave mode at the end of a transmission line. This is the dynamic Casimir effect (or DCE effect), as explained with reference to either the article "Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit" by C. Wilson and P. Delsing (Nature, 2011), or the article "Dynamic Casimir Effect in a Josephson metamaterial" by P. Lähteenmäki and P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), or the article "Stimulating uncertainty: Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits" by P. Nation and F. Nori (American Physical Society, Reviews of Modern Physics, 2012). It is important to note that these three articles report experimental results in validation of theories issued several decades earlier, and that in this context the operating mode by Josephson junction loop at the end of the line to generate photons is evaluated more efficient by several orders of magnitude, compared to the initial arrangement of principle with moving mirror, for the DCE effect in question. In these publications, it is a parametric excitation mechanism which leads to an experimental result of creation of a flux of real photons from the vacuum. We can also cite the publication "Parametric resonance", in "Course of theoretical physics" by Lev Landau, Acad. Sc. URSS, pp. 80-81 (volume 1 among 10, Elsevier, 3rd edition, 1976). This last publication refers to a system in which, at equilibrium, at x = 0 (x being for example a position), the system is in unstable equilibrium, and any deviation even very small is enough for a rapid growth of x and dx/dt (see in particular the solution with terms in exp(+t/T), and not only in exp(-t/T)). This system is non-closed, for which the external action amounts to a temporal variation of at least one or more of its parameters x. Thus, in this very general framework, the positions x are by nature generalizable in other state variables such as for example the magnetic flux and the electric charge (for which we can define energy expressions involving x or x²). These energies are, in general, of non-identically zero level in initial condition for such a system which is the seat of a parametric amplification, interaction or excitation. The energies are of non-identically zero level in particular, for the energy background relating to the DCE effect which has been experimentally demonstrated since 2011, that the latter can be achieved by parametric excitation on a background of fluctuating energy level, even extremely low.

En conclusion, dans la présente invention, les boucles JJP ne sont pas utilisées comme ces SQUID qui servent d’instrument de mesure mais pour générer des photons comme expliqué plus haut, chacun de ces photons, caractérisé par une fréquence nu, étant aussi porteur d’un quantum d’énergie de niveau égal au produit (h x nu), où h est la constante de Planck, environ égale à 6,626 x10^-34 Joule.seconde.In conclusion, in the present invention, the JJP loops are not used as these SQUIDs which serve as a measuring instrument but to generate photons as explained above, each of these photons, characterized by a frequency nu, also carrying a quantum of energy of a level equal to the product (h x nu), where h is the Planck constant, approximately equal to 6.626 x10^-34 Joule.second.

Le niveau énergétique fondamental du champ quantique correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique est également appelé « vide quantique ». Il présente des fluctuations qui peuvent faire l’objet d’une excitation paramétrique, la densité d’énergie de ces fluctuations de champ relatif au vide étant estimée au niveau colossal de 10^94 g/cm^3, en comparaison aux densités nucléaires de l’ordre de 10^14 g/cm^3 dans le cadre relativiste où est établie l’équivalence entre masse et énergie, comme expliqué dans l’ouvrage Geometrodynamics » par J. Wheeler (Academic Press, 1962), lui-même cité au chapitre « 44.3 - Vacuum fluctuations: their prevalence and final dominance » dans l’ouvrage « Gravitation » par C. Misner et J. Wheeler (Princeton University Press, 1973). Il convient d’insister sur le fait que la présente invention fait appel à une extraction d'énergie (h x nu) relative aux photons produits par l'excitation paramétrique d'un niveau énergétique non-identiquement nul, ces derniers formant des particules bien réelles observées, et non des particules virtuelles comme les paires de particules et antiparticules dont il est bien connu que les fluctuations quantiques du vide leur donnent naissance en des durées extrêmement brèves (ces particules virtuelles étant non-exploitables) en vertu de la relation d'incertitude portant sur le temps et l'énergie. A titre d’exemple, les notions de fluctuations du vide, ou d'énergie de point zéro, de niveau non-identiquement nul, sont développées dans deux ouvrages, à savoir "Processus d'interaction entre photons et atomes" par Claude Cohen-Tannoudji, pp. 109, 111, 157, 251, 302, 304, 307, 381, 521 et 549, parmi 628 pages (EDP Sciences, CNRS, 1988, qui est la suite de "Photons et atomes : Introduction à l'électrodynamique quantique", par les mêmes auteur et éditeur, 1987) et "Physique quantique, Tome II" par Michel Le Bellac, pp. 716 et 758, parmi 1002 (EDP Sciences, CNRS, 2013). Les fluctuations du vide en ce sens qu'elles donnent naissance à des paires particule-antiparticule virtuelles sont décrites dans l’ouvrage "Quantum field theory in a nutshell" par Anthony Zee, pp. 59-60, parmi 576 (Princeton University Press, 2010). Quant à la relation d'incertitude temps-énergie, on peut se référer notamment à l’ouvrage "Mécanique quantique", par Jean-Louis Basdevant et Jean Dalibard, pp. 367-368, parmi 520 pages (Editions de l'Ecole Polytechnique, 2004).The fundamental energy level of the quantum field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics is also called the "quantum vacuum". It exhibits fluctuations that can be subject to parametric excitation, the energy density of these fluctuations of the field relative to the vacuum being estimated at the colossal level of 10^94 g/cm^3, in comparison with nuclear densities of the order of 10^14 g/cm^3 in the relativistic framework where the equivalence between mass and energy is established, as explained in the book "Geometrodynamics" by J. Wheeler (Academic Press, 1962), itself cited in chapter "44.3 - Vacuum fluctuations: their prevalence and final dominance" in the book "Gravitation" by C. Misner and J. Wheeler (Princeton University Press, 1973). It should be emphasized that the present invention uses an energy extraction (h x nu) relative to the photons produced by the parametric excitation of a non-identically zero energy level, the latter forming very real particles observed, and not virtual particles like the pairs of particles and antiparticles of which it is well known that the quantum fluctuations of the vacuum give rise to them in extremely short durations (these virtual particles being unexploitable) by virtue of the uncertainty relation relating to time and energy. As an example, the notions of vacuum fluctuations, or zero-point energy, of non-identically zero level, are developed in two works, namely "Process of interaction between photons and atoms" by Claude Cohen-Tannoudji, pp. 109, 111, 157, 251, 302, 304, 307, 381, 521 and 549, among 628 pages (EDP Sciences, CNRS, 1988, which is the sequel to "Photons and atoms: Introduction to quantum electrodynamics", by the same author and editor, 1987) and "Physique quantique, Tome II" by Michel Le Bellac, pp. 716 and 758, among 1002 (EDP Sciences, CNRS, 2013). Vacuum fluctuations in the sense that they give rise to virtual particle-antiparticle pairs are described in the work "Quantum field theory in a nutshell" by Anthony Zee, pp. 59-60, among 576 (Princeton University Press, 2010). As for the time-energy uncertainty relationship, we can refer in particular to the work "Quantum Mechanics", by Jean-Louis Basdevant and Jean Dalibard, pp. 367-368, among 520 pages (Editions de l'Ecole Polytechnique, 2004).

Concernant le premier matériau qui a subi un traitement (matériau non à l’état naturel), les comportements supraconducteur et de couplage Josephson entre régions supraconductrices se manifestent avantageusement pour au moins une plage de température prédéterminée qui présente une borne inférieure égale à -30° Celsius environ et/ou une borne supérieure égale à 100° Celsius environ. Bien entendu, d’autres bornes inférieures et/ou supérieures peuvent être utilisées.Concerning the first material that has undergone treatment (material not in its natural state), the superconducting and Josephson coupling behaviors between superconducting regions are advantageously manifested for at least one predetermined temperature range that has a lower limit equal to approximately -30° Celsius and/or an upper limit equal to approximately 100° Celsius. Of course, other lower and/or upper limits can be used.

Ainsi les comportements supraconducteur et de couplage Josephson entre régions supraconductrices se manifestent dans des conditions facilement maîtrisables, notamment pouvant se manifester à température ambiante.Thus, the superconducting and Josephson coupling behaviors between superconducting regions manifest themselves under easily controllable conditions, in particular those that can manifest themselves at room temperature.

L’invention permet notamment d’éviter d’avoir recours à des systèmes de refroidissement complexes et onéreux dont beaucoup de supraconducteurs ont besoin pour leur fonctionnement supraconducteur.The invention makes it possible in particular to avoid having to resort to complex and expensive cooling systems which many superconductors need for their superconducting operation.

L’invention permet ainsi une mise à disposition d’énergie électrique in situ, par exemple permet une production électrique, à neutralité carbone, dans une habitation, une usine, un commerce ou tout autre local ou en extérieur.The invention thus allows for the provision of electrical energy on site, for example allows for carbon-neutral electricity production in a home, factory, business or any other premises or outdoors.

Selon l’invention, l’unité est apte à fournir de l’énergie électrique en réponse à une stimulation dynamique en courant, dans une certaine plage de fréquence. Le courant est délivré sous forme impulsionnelle, de front montant en valeur absolue suffisamment abrupte pour que son spectre contienne suffisamment de composantes à suffisamment haute fréquence, par exemple au moins 100 ou 150 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule.According to the invention, the unit is capable of providing electrical energy in response to dynamic current stimulation, in a certain frequency range. The current is delivered in pulse form, with a rising edge in absolute value sufficiently abrupt so that its spectrum contains sufficient components at a sufficiently high frequency, for example at least 100 or 150 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell.

Selon l’un des aspects de l’invention, le premier matériau rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces comprend des grains de carbone, notamment des grains de graphite, de préférence ayant une taille caractéristique de 10 microns, ces grains de carbone, notamment ces grains de graphite restant mélangés avec de l’eau pure après avoir été préalablement brassés pendant une durée prédéterminée, par exemple de l’ordre de 24 heures.According to one aspect of the invention, the first material rendered with granular superconducting behavior at its interfaces comprises carbon grains, in particular graphite grains, preferably having a characteristic size of 10 microns, these carbon grains, in particular these graphite grains remaining mixed with pure water after having been previously stirred for a predetermined duration, for example of the order of 24 hours.

Ces propriétés supraconductrices granulaires et surtout la présence de couplages Josephson à ces interfaces granulaires pour le graphite est décrit dans l’article « Evidence of Josephson-coupled superconducting regions at the interfaces of highly oriented pyrolytic graphite » par A. Ballestar et P. Esquinazi (New Journal of Physics, 2013).These granular superconducting properties and especially the presence of Josephson couplings at these granular interfaces for graphite are described in the article “Evidence of Josephson-coupled superconducting regions at the interfaces of highly oriented pyrolytic graphite” by A. Ballestar and P. Esquinazi (New Journal of Physics, 2013).

L’effet Josephson aux interfaces du premier matériau consiste notamment en un effet tunnel entre deux zones supraconductrices distantes l’une de l’autre d’une distance notamment de l’ordre du nanomètre ou plusieurs nanomètres, et la supraconductivité est une supraconductivité granulaire aux interfaces des grains de carbone, notamment de grains de graphite. Compte tenu des tailles des jonctions Josephson et boucles JJP en présence, dans un volume cylindrique défini par un diamètre de l’ordre de plusieurs centimètres et une épaisseur de l’ordre de plusieurs millimètres, ces jonctions et boucles sont facilement présentes à des millions d’exemplaires. Cette évaluation est à rapporter à une amplification connue « x10 en tension » avec 24 motifs en série à capacitance non-linéaire (voir l’article « Soliton production with nonlinear homogeneous lines, with ability to amplify voltage » par J. Elizondo (IEEE Transactions on Plasma Science, 2015)), et « +22 dB en courant » avec 300 motifs en série à inductance non-linéaire (voir l’article « Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial » par A. Zorin (IEEE, 2017)). Les processus non-linéaires d’amplification paramétrique ayant précisément pour caractéristique de présenter un effet de cumul multiplicatif plutôt qu’additif, donc d’amplitude à croissance exponentielle, on peut s’attendre raisonnablement dans le cadre de l’invention, à un effet significatif en courant et charge électrique du fait qu’on procède par millions de motifs élémentaires enchaînés à inductance non-linéaire, alors que chaque effet individuel est seulement quasi infinitésimal. L’effet en seule amplification paramétrique de courant sur plusieurs ordres de grandeur pour un seul motif LC élémentaire avec inductance non-linéaire, à l’échelle d’un circuit électrique macroscopique, étant décrit notamment par la société déposante dans le brevet FR3077439B1, "Dispositif de transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance pour recharger un véhicule automobile". Le déposant démontre ainsi qu’il est possible d’avoir ici accès à des puissances électriques de l’ordre du kiloWatt à partir de mécanismes élémentaires de l’ordre du nanoWatt : cela, d’une part, en raison de la rétroaction positive mise en place, donc à auto-alimentation, où la conversion d’énergie de photons (issus d’une excitation paramétrique) en courant électrique supplémentaire donne lieu à une amplification paramétrique de ce courant elle-même en supplément ; et d’autre part, en raison des possibilités colossales prouvées expérimentalement depuis plusieurs années, en gain d’amplification lorsque sont mis en œuvre ces mêmes procédés paramétriques en électrodynamique non-linéaire ou optique quantique, comme exposé par exemple par N. Forget dans son mémoire de thèse de doctorat « Des amplificateurs laser aux amplificateurs paramétriques : études de l'amplification paramétrique optique (...) » (Ecole Polytechnique, 2005), ou par G. Mourou dans l’article « Exawatt-Zettawatt pulse generation and applications » (Optics Communications, Volume 285, Issue 5, pp. 720-724, 2012). Un ZettaWatt valant 10^21 Watt ou un milliard de milliards de kiloWatts.The Josephson effect at the interfaces of the first material consists in particular of a tunnel effect between two superconducting zones distant from each other by a distance in particular of the order of a nanometer or several nanometers, and the superconductivity is a granular superconductivity at the interfaces of carbon grains, in particular graphite grains. Given the sizes of the Josephson junctions and JJP loops present, in a cylindrical volume defined by a diameter of the order of several centimeters and a thickness of the order of several millimeters, these junctions and loops are easily present in millions of copies. This evaluation is to be reported to a known amplification "x10 in voltage" with 24 series patterns with non-linear capacitance (see the article "Soliton production with nonlinear homogeneous lines, with ability to amplify voltage" by J. Elizondo (IEEE Transactions on Plasma Science, 2015)), and "+22 dB in current" with 300 series patterns with non-linear inductance (see the article "Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial" by A. Zorin (IEEE, 2017)). Since non-linear parametric amplification processes have the precise characteristic of exhibiting a multiplicative rather than additive cumulative effect, therefore of exponentially growing amplitude, one can reasonably expect, within the framework of the invention, a significant effect in current and electric charge due to the fact that one proceeds by millions of chained elementary patterns with non-linear inductance, whereas each individual effect is only almost infinitesimal. The effect in single parametric amplification of current over several orders of magnitude for a single elementary LC pattern with non-linear inductance, on the scale of a macroscopic electric circuit, being described in particular by the applicant company in patent FR3077439B1, "Device for contactless power transmission by inductive resonance coupling for recharging a motor vehicle". The applicant thus demonstrates that it is possible to have access here to electrical powers of the order of the kiloWatt from elementary mechanisms of the order of the nanoWatt: this, on the one hand, because of the positive feedback put in place, therefore self-powered, where the conversion of photon energy (from a parametric excitation) into additional electric current gives rise to a parametric amplification of this current itself in addition; and on the other hand, because of the colossal possibilities experimentally proven for several years, in amplification gain when these same parametric processes are implemented in non-linear electrodynamics or quantum optics, as explained for example by N. Forget in his doctoral thesis "From laser amplifiers to parametric amplifiers: studies of optical parametric amplification (...)" (Ecole Polytechnique, 2005), or by G. Mourou in the article "Exawatt-Zettawatt pulse generation and applications" (Optics Communications, Volume 285, Issue 5, pp. 720-724, 2012). A ZettaWatt is worth 10^21 Watt or a billion billion kiloWatts.

Selon l’un des aspects de l’invention, l’excédent de charges électriques apporté par l’unité permet que la quantité d’énergie électrique récupérée en sortie de l’unité soit plus grande que la quantité d’énergie entrant par les électrodes, sur un cycle de fonctionnement prédéterminé, cela en raison de l’expression de l’énergie électrique E en question, proportionnelle à Q² si elle est rapportée à une capacitance de valeur C, Q étant la charge électrique véhiculée, égale à l’intégrale temporelle du courant i(t) variable dans le temps (on a E = 1/2.Q²/C, avec Q = S(i(t).dt) , S étant le symbole de l’intégrale).According to one aspect of the invention, the excess electrical charges provided by the unit allows the quantity of electrical energy recovered at the output of the unit to be greater than the quantity of energy entering through the electrodes, over a predetermined operating cycle, this being due to the expression of the electrical energy E in question, proportional to Q² if it is related to a capacitance of value C, Q being the electrical charge carried, equal to the time integral of the current i(t) varying over time (we have E = 1/2.Q²/C, with Q = S(i(t).dt), S being the symbol of the integral).

Selon l’un des aspects de l’invention, le courant électrique qui traverse la cellule présente une variation pseudo-périodique, c'est-à-dire en oscillation harmonique amortie.According to one aspect of the invention, the electric current which passes through the cell exhibits a pseudo-periodic variation, that is to say in damped harmonic oscillation.

Selon l’un des aspects de l’invention, ces variations du courant présentent une forme sensiblement sinusoïdale amortie.According to one aspect of the invention, these current variations have a substantially damped sinusoidal shape.

Selon l’un des aspects de l’invention, le courant électrique sortant se présente sous la forme d’impulsions ayant une durée comprise entre 10 et 200 microsecondes, par exemple entre 60 et 120 microsecondes, étant par exemple d’environ 10, 30, 50 ou 200 microsecondes.According to one aspect of the invention, the outgoing electric current is in the form of pulses having a duration of between 10 and 200 microseconds, for example between 60 and 120 microseconds, being for example approximately 10, 30, 50 or 200 microseconds.

Selon l’un des aspects de l’invention, l’impulsion de courant électrique (ia) sortant présente un maximum d’intensité supérieure à 100 Ampères, voire 1 000 Ampères voire 1 500 ampères, notamment une intensité supérieure à 2 000 ampères, ce maximum pouvant notamment être compris entre 2 500 et 3000 ampères, et dans lequel l’impulsion de courant électrique (ia) sortant présente en valeur absolue une pente montante supérieure à 100 ampères par microseconde, voire 500 ou 1000 ampères par microseconde.According to one aspect of the invention, the outgoing electric current pulse (ia) has a maximum intensity greater than 100 Amperes, or even 1,000 Amperes or even 1,500 Amperes, in particular an intensity greater than 2,000 Amperes, this maximum being able in particular to be between 2,500 and 3,000 Amperes, and in which the outgoing electric current pulse (ia) has in absolute value an upward slope greater than 100 Amperes per microsecond, or even 500 or 1,000 Amperes per microsecond.

Selon l’un des aspects de l’invention, le courant électrique entrant dans la cellule provient d’une source électrique externe à la cellule et faisant partie d’un étage de génération d’énergie électrique, par exemple une source de stockage électrique telle qu’un condensateur, et le courant électrique sortant de la cellule transporte une quantité d’énergie électrique plus grande que la quantité d’énergie transportée par le courant électrique entrant, pour un cycle prédéterminé.According to one aspect of the invention, the electric current entering the cell comes from an electric source external to the cell and forming part of an electric energy generation stage, for example an electric storage source such as a capacitor, and the electric current leaving the cell carries a quantity of electric energy greater than the quantity of energy carried by the incoming electric current, for a predetermined cycle.

Selon l’un des aspects de l’invention, la source électrique externe à la cellule comprend un condensateur de puissance initialement chargé à une tension comprise entre 1Volt et 1kVolts, notamment entre 100 Volts et 900 Volts. Selon un autre aspect de l’invention, la source électrique externe à la cellule comprend une source de courant pilotée à accroissement de pente di/dt prédéterminé.According to one aspect of the invention, the electrical source external to the cell comprises a power capacitor initially charged to a voltage between 1 Volt and 1 kVolts, in particular between 100 Volts and 900 Volts. According to another aspect of the invention, the electrical source external to the cell comprises a controlled current source with a predetermined di/dt slope increase.

Selon l’un des aspects de l’invention, la puissance relative au courant électrique simultanément sous une tension électrique, ou différence de potentiel électrique non-nulle aux bornes de la cellule est supérieure à 10 ou 50 kiloWatts.According to one aspect of the invention, the power relative to the electric current simultaneously under an electric voltage, or non-zero electric potential difference at the terminals of the cell is greater than 10 or 50 kiloWatts.

Selon l’un des aspects de l’invention, la puissance relative au courant électrique et à la charge électrique véhiculée à la traversée de la cellule est supérieure au ratio de 1 Joule par 100 microsecondes ou 2 Joules par 40 microsecondes, c'est-à-dire supérieure à 10 ou 50 kiloWatts.According to one aspect of the invention, the power relative to the electric current and the electric charge carried through the cell is greater than the ratio of 1 Joule per 100 microseconds or 2 Joules per 40 microseconds, i.e. greater than 10 or 50 kiloWatts.

Selon l’un des aspects de l’invention, l’unité est agencée de sorte qu’un seul apport externe est effectué vers la cellule depuis une source électrique, comme une batterie ou un condensateur, ou depuis une source de courant pilotée à accroissement de pente prédéterminée, les quantités d’énergie pour les excitations suivantes de la cellule provenant toutes des excédents procurés par l’effet des précédentes excitations en remontant jusqu’à l’excitation initiale, seule à provenir d’une source extérieure.According to one aspect of the invention, the unit is arranged so that a single external input is made to the cell from an electrical source, such as a battery or a capacitor, or from a controlled current source with a predetermined slope increase, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses provided by the effect of the previous excitations going back to the initial excitation, the only one to come from an external source.

Selon l’un des aspects de l’invention, la cellule est connectée à un interrupteur statique de puissance tel qu’un thyristor ou un transistor IGBT ou un transistor MOS, cet interrupteur étant agencé pour commander une décharge d’un condensateur appartenant à l’étage de génération d’énergie électrique ou un accroissement de pente prédéterminée du courant dans la cellule, avec des impulsions de décharge de 10 à 200 microsecondes chacune.According to one aspect of the invention, the cell is connected to a static power switch such as a thyristor or an IGBT transistor or a MOS transistor, this switch being arranged to control a discharge of a capacitor belonging to the electrical energy generation stage or an increase in the predetermined slope of the current in the cell, with discharge pulses of 10 to 200 microseconds each.

Selon l’un des aspects de l’invention, l’unité est agencée de sorte que, lors de sa mise en route, le condensateur de l’étage de génération d’énergie électrique est rechargé une seule fois au début, ses recharges suivantes étant entretenues, s’effectuant par excédent de courant généré par la cellule lors de chaque décharge, notamment à au moins 100 V et au moins 100 A simultanément.According to one aspect of the invention, the unit is arranged so that, when it is started up, the capacitor of the electrical energy generation stage is recharged only once at the beginning, its subsequent recharges being maintained, being carried out by excess current generated by the cell during each discharge, in particular at least 100 V and at least 100 A simultaneously.

Selon l’un des aspects de l’invention, le condensateur est agencé, dans l’unité, pour servir à amorcer, fournir et récupérer de l’énergie électrique.According to one aspect of the invention, the capacitor is arranged, in the unit, to serve to initiate, supply and recover electrical energy.

Selon l’un des aspects de l’invention, lors du fonctionnement électrique, le premier matériau est placé entre les électrodes qui sont métalliques, notamment en cuivre, notamment en alliage de cuivre, et poreuses immergées dans de l’eau distillée comme celle mélangée au premier matériau, ou ces électrodes sont pleines, imperméables et séparées par une disposition des premier et deuxième matériaux en une incorporation à un gel aqueux.According to one aspect of the invention, during electrical operation, the first material is placed between the electrodes which are metallic, in particular copper, in particular copper alloy, and porous immersed in distilled water such as that mixed with the first material, or these electrodes are solid, impermeable and separated by an arrangement of the first and second materials in an incorporation into an aqueous gel.

En variante, lors du fonctionnement électrique, le premier matériau est incorporé à un fluide à base de polymère hydrophile hautement absorbant.Alternatively, during electrical operation, the first material is incorporated into a highly absorbent hydrophilic polymer-based fluid.

Par exemple le premier matériau est à base de graphite activé à l’eau, les grains de graphite étant le plus possible en contact avec de l’eau en vue de conserver les propriétés de type supraconducteur granulaire à ses interfaces.For example, the first material is based on water-activated graphite, the graphite grains being in contact with water as much as possible in order to preserve the granular superconductor type properties at its interfaces.

Selon l’un des aspects de l’invention, ces grains proviennent notamment d’une poudre de graphite.According to one aspect of the invention, these grains come in particular from a graphite powder.

Selon l’un des aspects de l’invention, les grains de graphite présentent un diamètre caractéristique de l’ordre de 10 micromètres.According to one aspect of the invention, the graphite grains have a characteristic diameter of the order of 10 micrometers.

Selon l’un des aspects de l’invention, la cellule présente au moins une dimension supérieure à 1 cm.According to one aspect of the invention, the cell has at least one dimension greater than 1 cm.

Par exemple, la cellule présente une épaisseur d’au moins 1 mm, notamment d’au moins 5 mm, cette épaisseur étant notamment comprise entre 1 mm et 100 mm.For example, the cell has a thickness of at least 1 mm, in particular at least 5 mm, this thickness being in particular between 1 mm and 100 mm.

Par exemple le volume du premier matériau est d’au moins 1 cm3, notamment d’au moins 5 cm3, par exemple 10 voire 100 cm3.For example, the volume of the first material is at least 1 cm3, in particular at least 5 cm3, for example 10 or even 100 cm3.

Selon l’un des aspects de l’invention, les électrodes sont placées sur deux côtés opposés de la cellule de sorte que ces électrodes soient séparées par l’épaisseur de la cellule.According to one aspect of the invention, the electrodes are placed on two opposite sides of the cell such that these electrodes are separated by the thickness of the cell.

Selon l’un des aspects de l’invention, le deuxième matériau semiconducteur peut être fourni sous forme de grains.According to one aspect of the invention, the second semiconductor material may be provided in the form of grains.

La présente invention trouve des applications notamment dans des applications électrotechniques, par exemple comme source d’énergie électrique pour alimenter tout appareil électrique, que ce soit dans un contexte domestique ou industriel.The present invention finds applications in particular in electrotechnical applications, for example as a source of electrical energy to power any electrical device, whether in a domestic or industrial context.

L’invention a encore pour objet un procédé pour convertir de l’énergie, ce procédé comportant les étapes :The invention also relates to a method for converting energy, this method comprising the steps:

- fournir une cellule comportant un premier matériau rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces, avec présence de couplages par jonctions Josephson à ces interfaces entre régions supraconductrices, ce comportement supraconducteur et de couplage par jonctions Josephson entre régions supraconductrices se manifestant pour au moins une plage de température prédéterminée, notamment cette plage de température incluant une température de 20° Celsius, cette cellule contenant en outre un deuxième matériau semiconducteur mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur étant des grains de silicium ou de carbure de silicium,- providing a cell comprising a first material rendered with granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of Josephson junction couplings at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and Josephson junction coupling between superconducting regions manifesting itself for at least one predetermined temperature range, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell further containing a second semiconductor material mixed with the first material, in particular this second semiconductor material being grains of silicon or silicon carbide,

- assurer un passage de courant électrique à travers la cellule, notamment à travers toute la cellule, lorsque la cellule est mise en fonctionnement, à l’aide de deux électrodes, par exemple en cuivre, placées en contact avec la cellule,- ensure the passage of electric current through the cell, in particular through the entire cell, when the cell is put into operation, using two electrodes, for example made of copper, placed in contact with the cell,

procédé dans lequel :process in which:

- convertir par effet photoélectrique interne, à l’aide du deuxième matériau semiconducteur, l’énergie des photons générés par les boucles JJP terminales, en une source de courant électrique supplémentaire par extraction d’électrons dans la bande de conduction du semiconducteur, qui apporte un excédent de charges électriques libres s’ajoutant au courant électrique qui traverse la cellule, ce courant supplémentaire étant à son tour sujet à amplification paramétrique lorsqu’il passe dans les chaînes de jonctions Josephson connectées en série.- convert by internal photoelectric effect, using the second semiconductor material, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into an additional source of electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which provides an excess of free electric charges adding to the electric current which passes through the cell, this additional current being in turn subject to parametric amplification when it passes through the chains of Josephson junctions connected in series.

Selon l’un des aspects de l’invention, la mise en fonctionnement initiant l’apport d’excédent électrique est réalisée en appliquant à la cellule un champ électrique interne par l’intermédiaire d’une tension électrique à ses bornes via ses électrodes, notamment supérieure à 100 Volts, notamment par la décharge d’un condensateur appartenant à un étage résonant, ou par un accroissement de courant de pente prédéterminée, notamment supérieure à 100 ampères par microseconde.According to one aspect of the invention, the operation initiating the supply of excess electricity is carried out by applying an internal electric field to the cell by means of an electric voltage at its terminals via its electrodes, in particular greater than 100 Volts, in particular by the discharge of a capacitor belonging to a resonant stage, or by an increase in current of predetermined slope, in particular greater than 100 amperes per microsecond.

Selon l’un des aspects de l’invention, le condensateur est rechargé, par exemple à l’aide d’une batterie ou une alimentation de précharge, une seule fois, au début, ses recharges suivantes étant entretenues, s’effectuant par excédent de courant généré par la cellule lors de décharges notamment à au moins 100 Volts et au moins 100 Ampères simultanément. En variante, est réalisé un apport d’énergie externe prédéterminé vers la cellule depuis une source de courant pilotée à accroissement de pente prédéterminée, les quantités d’énergie pour les excitations suivantes de la cellule provenant toutes des excédents procurés par l’effet des précédentes excitations en remontant jusqu’à l’excitation initiale, seule à provenir d’une source extérieure.According to one aspect of the invention, the capacitor is recharged, for example using a battery or a pre-charging power supply, only once, at the beginning, its subsequent recharges being maintained, carried out by excess current generated by the cell during discharges in particular at at least 100 Volts and at least 100 Amperes simultaneously. Alternatively, a predetermined external energy supply is made to the cell from a controlled current source with a predetermined slope increase, the quantities of energy for the subsequent excitations of the cell all coming from the excesses provided by the effect of the previous excitations going back to the initial excitation, the only one to come from an external source.

Selon l’un des aspects de l’invention, le premier matériau est fabriqué de la manière décrite ci-après. De la poudre de graphite ultra pure est mélangée dans de l’eau distillée et ce mélange est agité ou brassé en continu à température ambiante. Au début de la préparation, les grains de graphite nagent à la surface de l'eau en raison de leur propriété hautement hydrophobe. Après une heure environ, on peut observer que la poudre de graphite forme une suspension au sein de l'eau, qui est bien homogène environ une heure plus tard. Après une nouvelle agitation ou un nouveau brassage pendant 22 heures environ, la poudre obtenue est récupérée par filtration avec un filtre non métallique propre et il est procédé au séchage à 100 °C pendant 8 heures à 12 heures environ.According to one aspect of the invention, the first material is manufactured as described below. Ultra-pure graphite powder is mixed in distilled water and this mixture is continuously stirred or stirred at room temperature. At the beginning of the preparation, the graphite grains float on the surface of the water due to their highly hydrophobic property. After about an hour, it can be observed that the graphite powder forms a suspension in the water, which is well homogeneous about an hour later. After further stirring or stirring for about 22 hours, the obtained powder is collected by filtration with a clean non-metallic filter and dried at 100°C for about 8 hours to 12 hours.

Pour la fabrication du premier matériau, il est possible de se référer à l’article “Can doping graphite trigger room temperature superconductivity? Evidence for granular high-temperature superconductivity in water-treated graphite powder” par T. Scheike, W. Böhlmann, P. Esquinazi, J. Barzola-Quiquia, A. Ballestar, A. Setzer (Advanced Materials, Volume 24, Issue 43, pp. 5826-5831, 2012).For the fabrication of the first material, it is possible to refer to the article “Can doping graphite trigger room temperature superconductivity? Evidence for granular high-temperature superconductivity in water-treated graphite powder” by T. Scheike, W. Böhlmann, P. Esquinazi, J. Barzola-Quiquia, A. Ballestar, A. Setzer (Advanced Materials, Volume 24, Issue 43, pp. 5826-5831, 2012).

L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un circuit électrique générateur d’énergie électrique, notamment agencé pour être connecté à un réseau électrique de tension alternative, comprenant :The invention also relates, according to another of its aspects, to an electrical circuit generating electrical energy, in particular arranged to be connected to an alternating voltage electrical network, comprising:

- des bornes d’entrée, aptes à être connectées au réseau électrique de tension alternative,- input terminals, suitable for connection to the alternating voltage electrical network,

- des bornes de sortie, notamment deux bornes de sortie, entre lesquelles une charge est apte à être connectée,- output terminals, in particular two output terminals, between which a load is capable of being connected,

- un étage de génération d’énergie électrique comprenant au moins un composant définissant une inductance, notamment au moins un composant définissant un condensateur, et l’unité précitée, apte à fournir de l’énergie électrique entre les bornes d’entrée et/ou entre les bornes de sortie,- an electrical energy generation stage comprising at least one component defining an inductance, in particular at least one component defining a capacitor, and the aforementioned unit, capable of supplying electrical energy between the input terminals and/or between the output terminals,

- un système de commutation, comprenant au moins un interrupteur statique de puissance, notamment un thyristor, un transistor MOS, ou un transistor IGBT, le système de commutation étant configuré pour alimenter électriquement l’étage de génération d’énergie électrique de manière à ce que l’unité soit alimentée par des impulsions de courant, et- a switching system, comprising at least one static power switch, in particular a thyristor, a MOS transistor, or an IGBT transistor, the switching system being configured to electrically power the electrical energy generation stage such that the unit is powered by current pulses, and

- un convertisseur de tension, notamment distinct du système de commutation, à travers lequel de l’énergie électrique est fournie par l’unité entre les bornes d’entrée et/ou entre les bornes de sortie du circuit.- a voltage converter, in particular distinct from the switching system, through which electrical energy is supplied by the unit between the input terminals and/or between the output terminals of the circuit.

L’invention permet ainsi de bénéficier d’un montage électrique permettant d’alimenter l’unité de manière à ce qu’elle puisse fonctionner comme décrit ci-dessus en fournissant de l’énergie électrique, tout en permettant également de récupérer cette énergie électrique au niveau du réseau de tension alternative et/ou entre les bornes de sortie. La commande du système de commutation permet de générer les impulsions de courant pour l’unité, notamment en chargeant et déchargeant le composant définissant un condensateur de l’étage de génération d’énergie électrique. On peut ainsi utiliser une partie de l’énergie électrique pour alimenter électriquement une charge montée entre les bornes de sortie.The invention thus makes it possible to benefit from an electrical assembly making it possible to power the unit so that it can operate as described above by supplying electrical energy, while also making it possible to recover this electrical energy at the level of the alternating voltage network and/or between the output terminals. The control of the switching system makes it possible to generate the current pulses for the unit, in particular by charging and discharging the component defining a capacitor of the electrical energy generation stage. It is thus possible to use part of the electrical energy to electrically power a load mounted between the output terminals.

La charge est par exemple un réseau domestique d’une habitation ou une partie de ce dernier. Il peut en variante s’agir de tout ou partie du réseau d’un local industriel ou commercial. L’énergie électrique récupérée depuis le réseau électrique de tension est alors utilisée par l’unité pour générer de l’énergie électrique qui pourra elle-même être utilisée pour alimenter électriquement en tout ou partie le réseau domestique ou le réseau d’un local industriel ou commercial précité. On peut ainsi permettre à l’habitant ou à l’utilisateur du local de réduire sa consommation d’énergie électrique sur le réseau électrique de tension, et donc les coûts associés. En variante, la charge peut être tout équipement domestique ou industriel. La charge est par exemple alimentée en courant continu ou en courant alternatif. Dans ce dernier cas, le nombre de bornes de sortie n’est pas nécessairement égal à 2.The load is for example a domestic network of a home or part of it. Alternatively, it may be all or part of the network of an industrial or commercial premises. The electrical energy recovered from the voltage electrical network is then used by the unit to generate electrical energy which can itself be used to electrically supply all or part of the domestic network or the network of an aforementioned industrial or commercial premises. This allows the inhabitant or user of the premises to reduce their consumption of electrical energy on the voltage electrical network, and therefore the associated costs. Alternatively, the load may be any domestic or industrial equipment. The load is for example supplied with direct current or alternating current. In the latter case, the number of output terminals is not necessarily equal to 2.

En variante, ou en complément, l’énergie électrique générée par l’unité peut être renvoyée vers le réseau de tension alternative, lui étant alors revendue.Alternatively, or in addition, the electrical energy generated by the unit can be sent back to the AC voltage network, where it is then sold back to it.

L’étage de génération d’énergie électrique comprend par exemple le composant définissant un condensateur, cet étage pouvant alors être qualifié d’étage résonant. La fourniture d’énergie électrique au réseau de tension alternative et/ou entre les bornes de sortie par cet étage se fait alors suite à la résonance de cet étage.The electrical energy generation stage comprises, for example, the component defining a capacitor, this stage then being able to be described as a resonant stage. The supply of electrical energy to the alternating voltage network and/or between the output terminals by this stage then occurs following the resonance of this stage.

Le circuit peut comprendre un système d’interrupteurs permettant sélectivement : la fourniture de l’énergie électrique par l’unité entre les bornes d’entrée du circuit exclusivement, la fourniture de l’énergie électrique par l’unité entre les bornes d’entrée et entre les bornes de sortie du circuit, et la fourniture de l’énergie électrique par l’unité entre les bornes de sortie du circuit exclusivement. Ce système d’interrupteur est par exemple distinct du système de commutation et du convertisseur de tension.The circuit may comprise a system of switches selectively enabling: the supply of electrical energy by the unit between the input terminals of the circuit exclusively, the supply of electrical energy by the unit between the input terminals and between the output terminals of the circuit, and the supply of electrical energy by the unit between the output terminals of the circuit exclusively. This switch system is for example distinct from the switching system and the voltage converter.

Au sens de la présente demande, « un composant définissant une inductance, respectivement un condensateur » signifie que cette inductance, respectivement ce condensateur, n’est pas une inductance parasite, respectivement un condensateur parasite.For the purposes of this application, “a component defining an inductance, respectively a capacitor” means that this inductance, respectively this capacitor, is not a parasitic inductance, respectively a parasitic capacitor.

La tension en sortie du convertisseur de tension peut être une tension continue, présentant une tension nominale comprise entre 1 Volt et 1kVolts, étant par exemple égale à 12 ou 48 Volts, ou encore supérieure à 300V, par exemple de 400V ou 800V.The output voltage of the voltage converter may be a direct voltage, having a nominal voltage between 1 Volt and 1kVolts, for example equal to 12 or 48 Volts, or even greater than 300V, for example 400V or 800V.

En variante, la tension en sortie du convertisseur de tension peut être alternative, étant par exemple une tension de valeur efficace 230V, et dont la fréquence est 50Hz ou 60Hz.Alternatively, the output voltage of the voltage converter may be alternating, for example being a voltage with an effective value of 230V, and whose frequency is 50Hz or 60Hz.

Le convertisseur d’énergie électrique peut ainsi être un onduleur/redresseur ou un convertisseur AC/AC, ce dernier étant notamment obtenu par mise en série de deux onduleur/redresseurs.The electrical energy converter can thus be an inverter/rectifier or an AC/AC converter, the latter being obtained in particular by placing two inverter/rectifiers in series.

Le système de commutation peut être commandé de manière à ce que l’unité soit parcourue par des impulsions. Chacune de ces impulsions peut avoir une durée comprise entre 1 microseconde et 1 milliseconde, notamment entre 10 et 200 microsecondesThe switching system can be controlled so that the unit is traversed by pulses. Each of these pulses can have a duration of between 1 microsecond and 1 millisecond, in particular between 10 and 200 microseconds.

Le système de commutation peut être commandé de manière à ce que le courant électrique alimentant l’unité présente une variation périodique amortie. Cet amortissement peut être en partie causé par la fourniture à la source de tension d’énergie électrique par l’unité.The switching system may be controlled so that the electric current supplied to the unit exhibits a damped periodic variation. This damping may be partly caused by the supply of electric energy to the voltage source by the unit.

La tension aux bornes de l’unité présente par exemple une forme sinusoïdale amortie et le système de commutation peut être commandé de manière à ce que chaque impulsion de courant alimentant l’unité soit générée en phase avec l’amplitude de la tension aux bornes de cette unité lors d’une oscillation de tension.The voltage across the unit, for example, has a damped sinusoidal shape and the switching system can be controlled so that each current pulse supplying the unit is generated in phase with the amplitude of the voltage across the unit during a voltage oscillation.

La commande du système de commutation peut être telle que les impulsions de courant soient générées avec une fréquence fixe, ou non. Dans ce cas, le rapport entre la fréquence de génération des impulsions de courant et la fréquence de la tension aux bornes de l’unité peut être comprise entre 1/100 et 1.The control of the switching system can be such that the current pulses are generated with a fixed frequency, or not. In this case, the ratio between the frequency of generation of the current pulses and the frequency of the voltage at the terminals of the unit can be between 1/100 and 1.

Selon un exemple de mise en œuvre de l’invention, le composant définissant l’inductance, le composant définissant le condensateur et l’unité apte à fournir de l’énergie électrique peuvent être montées en parallèle les uns les autres.According to an exemplary implementation of the invention, the component defining the inductance, the component defining the capacitor and the unit capable of supplying electrical energy can be mounted in parallel with each other.

Selon un autre exemple de mise en œuvre de l’invention, le composant définissant l’inductance et le composant définissant le condensateur peuvent être montés en parallèle, et l’unité peut être montée en parallèle d’une fraction de l’inductance, de manière à réaliser une adaptation d’impédance.According to another exemplary implementation of the invention, the component defining the inductance and the component defining the capacitor can be connected in parallel, and the unit can be connected in parallel with a fraction of the inductance, so as to achieve impedance matching.

Dans tout ce qui précède, le système de commutation peut alimenter électriquement l’étage de génération d’énergie électrique au travers d’une isolation galvanique par exemple telle qu’un transformateur ou une isolation via des condensateurs.In all of the above, the switching system may electrically supply the electrical energy generation stage through galvanic isolation for example such as a transformer or isolation via capacitors.

Dans tout ce qui précède, le système de commutation peut comprendre deux interrupteurs statiques de puissance montés en série, par exemple des transistors MOS, IGBT ou des thyristors. Les polarités respectives de ces deux interrupteurs peuvent être montées de manière à traiter chaque alternance de la tension alternative du réseau électrique de tension.In all of the above, the switching system may comprise two static power switches connected in series, for example MOS transistors, IGBTs or thyristors. The respective polarities of these two switches may be mounted so as to handle each alternation of the alternating voltage of the electrical voltage network.

En variante, le système de commutation peut être associé à un redresseur à diodes ou à interrupteurs statiques de puissance, par exemple des transistors MOS, IGBT ou des thyristors. La sortie continue de ce redresseur peut être montée en parallèle d’un condensateur et également en parallèle d’une branche comprenant en série l’enroulement primaire du transformateur et un interrupteur statique de puissance du système de commutation, par exemple un transistor MOS, IGBT ou un thyristor.Alternatively, the switching system may be associated with a diode rectifier or with static power switches, for example MOS transistors, IGBTs or thyristors. The continuous output of this rectifier may be mounted in parallel with a capacitor and also in parallel with a branch comprising in series the primary winding of the transformer and a static power switch of the switching system, for example a MOS transistor, IGBT or a thyristor.

Le réseau électrique de tension alternative fournit par exemple une tension efficace nominale de 230V ou de 110V avec une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz. Le réseau électrique est par exemple monophasé, auquel cas uniquement deux bornes d’entrée sont présentes dans le circuit pour la connexion à la source de tension alternative.The AC voltage power grid provides, for example, a nominal effective voltage of 230V or 110V with a frequency of 50 Hz or 60 Hz. The power grid is, for example, single-phase, in which case only two input terminals are present in the circuit for connection to the AC voltage source.

Le réseau électrique de tension alternative est par exemple un réseau électrique régional ou national. En variante, il peut s’agir d’un réseau local indépendant, comprenant par exemple une ou plusieurs batteries alimentées par des sources d’énergie telles que éoliennes, des panneaux solaires, des piles à combustible ou des générateurs d’hydroélectricité.The AC power grid is, for example, a regional or national power grid. Alternatively, it may be an independent local grid, for example, comprising one or more batteries powered by energy sources such as wind turbines, solar panels, fuel cells or hydroelectric generators.

Dans tout ce qui précède, l’étage de génération d’énergie électrique peut comprendre un transformateur, le composant définissant l’inductance et le composant définissant le condensateur étant couplés à l’unité au travers de ce transformateur. Ce couplage via un transformateur peut permettre de réaliser une adaptation d’impédance.In all of the above, the electrical energy generation stage may comprise a transformer, the inductance-defining component and the capacitor-defining component being coupled to the unit through this transformer. This coupling via a transformer may allow impedance matching to be achieved.

Dans tout ce qui précède, et selon un mode de réalisation particulier, le système de commutation peut comprendre deux bras de commutation, chaque bras de commutation comprenant :In all of the above, and according to a particular embodiment, the switching system may comprise two switching arms, each switching arm comprising:

- deux interrupteurs statiques de puissance montés en série, par exemple des transistors MOS, IGBT ou des thyristors, et séparés par des points milieux, et- two static power switches connected in series, for example MOS transistors, IGBTs or thyristors, and separated by midpoints, and

- un composant définissant une inductance et monté entre les deux points milieux. Cette inductance peut définir une source de courant alimentant alors l’étage résonant, le cas échéant via un transformateur.- a component defining an inductance and mounted between the two midpoints. This inductance can define a current source then supplying the resonant stage, if necessary via a transformer.

La commande des deux bras du système de commutation peut alors consister à agir sur l’un des paramètres suivants :Control of the two arms of the switching system can then consist of acting on one of the following parameters:

- le déphasage entre la commande d’un bras par rapport à l’autre, ce déphasage déterminant la durée des impulsions de courant appliquées par la source de courant à l’étage résonant,- the phase shift between the control of one arm relative to the other, this phase shift determining the duration of the current pulses applied by the current source to the resonant stage,

- le rapport cyclique au sein d’un même bras de commutation, ce rapport cyclique déterminant la tension moyenne appliquée aux bornes de l’inductance disposée entre les deux points milieux, pour maintenir la source de courant, et- the duty cycle within the same switching arm, this duty cycle determining the average voltage applied to the terminals of the inductance arranged between the two midpoints, to maintain the current source, and

- la fréquence à laquelle les impulsions de courant sont appliquées à l’étage résonant.- the frequency at which current pulses are applied to the resonant stage.

En variante encore, le système de commutation peut comprendre un unique bras de commutation et l’étage de génération d’énergie électrique peut présenter une borne connectée au point milieu de ce bras de commutation. L’étage de génération d’énergie électrique comprend ici en série le composant définissant l’inductance et unité apte à fournir de l’énergie électrique précitée. L’autre borne de l’étage de génération d’énergie électrique est par exemple connectée au point milieu d’un autre bras de commutation du convertisseur de tension, cet autre bras étant par exemple l’unique bras de ce convertisseur de tension.Alternatively, the switching system may comprise a single switching arm and the electrical energy generation stage may have a terminal connected to the midpoint of this switching arm. The electrical energy generation stage here comprises in series the component defining the inductance and unit capable of supplying the aforementioned electrical energy. The other terminal of the electrical energy generation stage is for example connected to the midpoint of another switching arm of the voltage converter, this other arm being for example the only arm of this voltage converter.

En variante encore, le système de commutation peut comprendre un unique bras de commutation et l’étage de génération d’énergie électrique peut présenter une borne connectée au point milieu de ce bras de commutation. L’étage de génération d’énergie électrique comprend ici en série le composant définissant l’inductance et unité apte à fournir de l’énergie électrique précitée. L’autre borne de l’étage de génération d’énergie électrique est par exemple connectée au point milieu d’un autre bras de commutation appartenant au convertisseur de tension, cet autre bras étant par exemple l’unique bras de commutation de ce convertisseur de tension. Dans cette variante, le convertisseur de tension peut ne permettre la fourniture d’énergie électrique qu’entre les bornes de sortie du circuit, et non entre les bornes d’entrée.As a further variant, the switching system may comprise a single switching arm and the electrical energy generation stage may have a terminal connected to the midpoint of this switching arm. The electrical energy generation stage here comprises in series the component defining the inductance and unit capable of supplying the aforementioned electrical energy. The other terminal of the electrical energy generation stage is for example connected to the midpoint of another switching arm belonging to the voltage converter, this other arm being for example the only switching arm of this voltage converter. In this variant, the voltage converter may only allow the supply of electrical energy between the output terminals of the circuit, and not between the input terminals.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, et d’un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels :Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge more clearly on reading the detailed description given below, and an exemplary embodiment given for information purposes and without limitation with reference to the attached schematic drawings, in which:

est un schéma simplifié d’un circuit électrique selon un exemple de l’invention, is a simplified diagram of an electrical circuit according to an example of the invention,

est un schéma simplifié d’un circuit électrique un autre exemple de l’invention is a simplified diagram of an electrical circuit another example of the invention

représente, schématiquement et partiellement, l’unité de la ou de la , represents, schematically and partially, the unity of the or of the ,

représente, schématiquement et partiellement, des chaînes de jonctions Josephson se manifestant dans le premier matériau de l’unité selon la , represents, schematically and partially, chains of Josephson junctions occurring in the first material of the unit according to the ,

est un schéma illustrant l’enchaînement des phénomènes à l’œuvre dans l’unité de la , is a diagram illustrating the sequence of phenomena at work in the unity of the ,

représente de façon schématique l’évolution de la tension aux bornes de l’unité apte à fournir de l’énergie électrique de la , schematically represents the evolution of the voltage at the terminals of the unit capable of supplying electrical energy from the ,

représente un exemple particulier de réalisation d’un circuit électrique selon l’invention, et represents a particular example of embodiment of an electrical circuit according to the invention, and

représente un autre exemple particulier de réalisation d’un circuit électrique selon l’invention. represents another particular example of embodiment of an electrical circuit according to the invention.

On a représenté sur la un circuit électrique générateur d’énergie électrique 1 apte à fournir de l’énergie électrique à un équipement domestique ou industriel. Ce circuit électrique 1 comprend deux bornes d’entrée 140 et 141 connectées à un réseau de tension alternative représenté par une source de tension 100. Dans l’exemple considéré, le réseau de tension alternative est monophasé. Le circuit 1 comprend encore un système de commutation 101 et un étage de génération d’énergie électrique 102. L’étage de génération d’énergie électrique 102 comprend un composant 105 définissant une inductance, un composant 106 définissant un condensateur, et une unité 200 apte à fournir de l’énergie électrique qui sera décrite plus en détail ci-après. La source de tension 100 fournit par exemple une tension nominale de valeur efficace de 230V et de fréquence 50Hz ou 60 Hz.It has been represented on the an electrical circuit generating electrical energy 1 capable of supplying electrical energy to domestic or industrial equipment. This electrical circuit 1 comprises two input terminals 140 and 141 connected to an alternating voltage network represented by a voltage source 100. In the example considered, the alternating voltage network is single-phase. The circuit 1 further comprises a switching system 101 and an electrical energy generation stage 102. The electrical energy generation stage 102 comprises a component 105 defining an inductance, a component 106 defining a capacitor, and a unit 200 capable of supplying electrical energy which will be described in more detail below. The voltage source 100 provides for example a nominal voltage with an effective value of 230V and a frequency of 50Hz or 60 Hz.

Dans le cadre de cette invention, l’inductance 105 peut prendre toute valeur comprise entre 100 nanoHenry et 100 microHenry et le condensateur 106 peut prendre toute valeur comprise entre 100 nanoFarad et 1 milliFarad.Within the scope of this invention, the inductor 105 can take any value between 100 nanoHenries and 100 microHenries and the capacitor 106 can take any value between 100 nanoFarad and 1 milliFarad.

Dans l’exemple de la , l’alimentation de l’étage de génération d’énergie électrique 102 par la source de tension 100 s’effectue au travers d’un transformateur selon un montage de type « flyback ».Dans l’exemple de la , le circuit électrique 1 comprend un redresseur 108 qui est ici représenté à diodes mais qui peut mettre en œuvre des interrupteurs bidirectionnels tels que des transistors MOS, des IGBT ou des thyristors. La sortie continue de ce redresseur 108 est montée en parallèle d’un condensateur non représenté et également en parallèle d’une branche comprenant en série l’enroulement primaire du transformateur et un interrupteur statique de puissance 103 qui est ici un transistor MOS et qui définit le système de commutation 101 dans cet exemple.In the example of the , the power supply of the electrical energy generation stage 102 by the voltage source 100 is carried out through a transformer according to a “flyback” type assembly. In the example of the , the electrical circuit 1 comprises a rectifier 108 which is here shown with diodes but which can implement bidirectional switches such as MOS transistors, IGBTs or thyristors. The continuous output of this rectifier 108 is mounted in parallel with a capacitor not shown and also in parallel with a branch comprising in series the primary winding of the transformer and a static power switch 103 which is here a MOS transistor and which defines the switching system 101 in this example.

Dans une variante de ce qui est représenté sur la , le circuit 1 est dépourvu de redresseur 108 et le système de commutation 101 comprend deux interrupteurs statiques de puissance qui sont par exemple un transistor MOSFET ou un IGBT. Ces deux interrupteurs sont montés en série l’un par rapport à l’autre de manière à pouvoir traiter chaque alternance de la tension alternative, et ces deux interrupteurs sont montés en série avec l’enroulement primaire du transformateur.In a variation of what is depicted on the , the circuit 1 is devoid of a rectifier 108 and the switching system 101 comprises two static power switches which are for example a MOSFET transistor or an IGBT. These two switches are connected in series with each other so as to be able to process each alternation of the alternating voltage, and these two switches are connected in series with the primary winding of the transformer.

Dans l’exemple de la , le système de commutation comprend deux interrupteurs statiques de puissance 103 et 104, qui sont par exemple des transistors MOS ou des IGBT.In the example of the , the switching system comprises two static power switches 103 and 104, which are for example MOS transistors or IGBTs.

Le système de commutation 101 est commandé pour alimenter électriquement l’étage de génération d’énergie électrique 102 à l’aide d’une source de courant I de manière à ce que l’unité 200 soit parcourue par des impulsions de courant. La source de courant I est obtenue à partir de la source de tension 100.The switching system 101 is controlled to electrically supply the electrical energy generation stage 102 using a current source I so that the unit 200 is traversed by current pulses. The current source I is obtained from the voltage source 100.

Dans les exemples considérés, le circuit électrique 1 comprend encore un convertisseur de tension 110 qui fonctionne en redresseur pour fournir, après ondulation, à la source de tension 100 l’énergie électrique en excès générée par l’unité 200 et/ou pour fournir cette énergie électrique à une charge 207 montée entre ds bornes de sortie 201 et 202 du circuit 1 qui sont au nombre de deux dans ces exemples. Cette charge comprend par exemple l’un au moins :In the examples considered, the electrical circuit 1 further comprises a voltage converter 110 which operates as a rectifier to supply, after ripple, to the voltage source 100 the excess electrical energy generated by the unit 200 and/or to supply this electrical energy to a load 207 mounted between output terminals 201 and 202 of the circuit 1 which are two in number in these examples. This load comprises for example at least one:

- d’une partie au moins d’un réseau domestique d’une habitation, ou- at least part of a domestic network of a home, or

- d’une partie au moins d’un réseau d’un local industriel ou commercial.- at least part of a network of an industrial or commercial premises.

La fourniture d’énergie électrique à la source de tension est représentée par des flèches 204 sur la .The supply of electrical energy to the voltage source is represented by arrows 204 on the .

Bien que non représenté sur la , un système d’interrupteurs 210 visible sur la est par exemple prévu pour permettre sélectivement:Although not shown on the , a 210 switch system visible on the is for example intended to selectively allow:

- la fourniture de l’énergie électrique par l’unité 200 entre les deux bornes d’entrée 140 et 141 à la source de tension 100 exclusivement,- the supply of electrical energy by the unit 200 between the two input terminals 140 and 141 to the voltage source 100 exclusively,

- la fourniture de l’énergie électrique par l’unité 200 entre les deux bornes d’entrée 140 et 141 à la source de tension et entre les deux bornes de sortie du circuit, et- the supply of electrical energy by the unit 200 between the two input terminals 140 and 141 to the voltage source and between the two output terminals of the circuit, and

- la fourniture de l’énergie électrique par l’unité entre les deux bornes de sortie du circuit.- the supply of electrical energy by the unit between the two output terminals of the circuit.

Sur la , le système d’interrupteurs 210 comprend un premier interrupteur 211 disposé de manière à interrompre sélectivement le transfert d’énergie électrique de l’unité 200 vers la source de tension 100, et un deuxième interrupteur 212 disposé de manière à interrompre sélectivement le transfert d’énergie électrique de l’unité 200 vers la charge 27. Chaque interrupteur 211, 212 est par exemple un interrupteur statique de puissance tel qu’un transistor MOSFET ou un IGBT.On the , the switch system 210 comprises a first switch 211 arranged to selectively interrupt the transfer of electrical energy from the unit 200 to the voltage source 100, and a second switch 212 arranged to selectively interrupt the transfer of electrical energy from the unit 200 to the load 27. Each switch 211, 212 is for example a static power switch such as a MOSFET transistor or an IGBT.

L’unité 200 comprend, comme déjà expliqué dans la demande déposée par la présente Déposante en France le 21 décembre 2021 sous le numéro 21 14089:Unit 200 comprises, as already explained in the application filed by the present Applicant in France on December 21, 2021 under number 21 14089:

- une cellule 2 comportant un premier matériau 3 rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces, avec présence de couplages par jonctions Josephson 8 à ces interfaces entre régions supraconductrices, ce comportement supraconducteur et de couplage par jonctions Josephson entre régions supraconductrices se manifestant pour au moins une plage de température prédéterminée, notamment cette plage de température incluant une température de 20° Celsius, cette cellule contenant en outre un deuxième matériau semiconducteur 4 mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur 4 étant des grains de silicium ou de carbure de silicium,- a cell 2 comprising a first material 3 rendered with granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of Josephson junction couplings 8 at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and Josephson junction coupling between superconducting regions manifesting itself for at least one predetermined temperature range, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell further containing a second semiconductor material 4 mixed with the first material, in particular this second semiconductor material 4 being grains of silicon or silicon carbide,

- deux électrodes 5 en forme de disque, par exemple en cuivre, placées en contact électrique avec la cellule, de manière à assurer un passage de courant électrique à travers toute la cellule 2 lorsque l’unité est mise en fonctionnement.- two disc-shaped electrodes 5, for example made of copper, placed in electrical contact with the cell, so as to ensure the passage of electric current through the entire cell 2 when the unit is put into operation.

Les jonctions Josephson 8 du premier matériau 3 forment des chaînes de jonctions Josephson connectées en série 7 de sorte que le courant électrique soit sujet à une amplification paramétrique lorsqu’il passe dans ces chaînes de jonctions Josephson connectées en série, ce courant étant délivré sous forme impulsionnelle ayant, au début de chaque impulsion, une pente montante choisie suffisamment grande pour atteindre par exemple au moins 100 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule. L’une de ces chaînes 7 est illustrée sous forme de schéma électrique sur la .The Josephson junctions 8 of the first material 3 form chains of series-connected Josephson junctions 7 such that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of series-connected Josephson junctions, this current being delivered in pulse form having, at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach for example at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell. One of these chains 7 is illustrated in the form of an electrical diagram on the .

Le symbole en croix schématise une jonction Josephson.The cross symbol schematizes a Josephson junction.

Des paires de jonctions Josephson se forment, chaque paire étant formée de deux jonctions Josephson 8 connectées en parallèle formant une boucle 9 appelée boucle JJP, dont au moins l’une des jonctions Josephson, ou les deux jonctions, appartient à une terminaison d’une chaîne 7 de jonctions Josephson connectées en série fonctionnant en NLTL, ces boucles 9 étant capables de produire une excitation paramétrique du niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, de manière à générer des photons de ces excitations.Pairs of Josephson junctions are formed, each pair being formed of two Josephson junctions 8 connected in parallel forming a loop 9 called a JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to a termination of a chain 7 of series-connected Josephson junctions operating in NLTL, these loops 9 being capable of producing a parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons from these excitations.

Le deuxième matériau semiconducteur 4, ici formé des grains de silicium ou de carbure de silicium, est capable de convertir, par effet photoélectrique interne, l’énergie des photons générés par les boucles JJP terminales, en une source de courant électrique supplémentaire par extraction d’électrons dans la bande de conduction du semiconducteur, qui apporte un excédent de charges électriques libres s’ajoutant au courant électrique qui traverse la cellule 2, ce courant supplémentaire étant à son tour sujet à amplification paramétrique lorsqu’il passe dans les chaînes de jonctions Josephson connectées en série.The second semiconductor material 4, here formed of silicon or silicon carbide grains, is capable of converting, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into an additional source of electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which provides an excess of free electric charges added to the electric current which passes through the cell 2, this additional current being in turn subject to parametric amplification when it passes through the chains of Josephson junctions connected in series.

Le premier matériau 3 est fabriqué de la manière décrite ci-après. De la poudre de graphite ultra pure est mélangée dans de l’eau distillée et ce mélange est agité ou brassé en continu à température ambiante. Au début de la préparation, les grains de graphite nagent à la surface de l'eau en raison de leur propriété hautement hydrophobe. Après une heure environ, on peut observer que la poudre de graphite forme une suspension au sein de l'eau, qui est bien homogène environ une heure plus tard. Après une nouvelle agitation ou un nouveau brassage pendant 22 heures environ, la poudre obtenue est récupérée par filtration avec un filtre non métallique propre et il est procédé au séchage à 100 °C pendant 8 heures à 12 heures environ.The first material 3 is manufactured as described below. Ultra-pure graphite powder is mixed in distilled water and this mixture is continuously stirred or stirred at room temperature. At the beginning of the preparation, the graphite grains float on the surface of the water due to their highly hydrophobic property. After about an hour, it can be observed that the graphite powder forms a suspension in the water, which is well homogeneous about an hour later. After further stirring or stirring for about 22 hours, the obtained powder is collected by filtration with a clean non-metallic filter and dried at 100°C for about 8 hours to 12 hours.

Pour la fabrication du premier matériau 3, il est possible de se référer à l’article “Can doping graphite trigger room temperature superconductivity? Evidence for granular high-temperature superconductivity in water-treated graphite powder” par T. Scheike, W. Böhlmann, P. Esquinazi, J. Barzola-Quiquia, A. Ballestar, A. Setzer (Advanced Materials, Volume 24, Issue 43, pp. 5826-5831, 2012).For the fabrication of the first material 3, it is possible to refer to the article “Can doping graphite trigger room temperature superconductivity? Evidence for granular high-temperature superconductivity in water-treated graphite powder” by T. Scheike, W. Böhlmann, P. Esquinazi, J. Barzola-Quiquia, A. Ballestar, A. Setzer (Advanced Materials, Volume 24, Issue 43, pp. 5826-5831, 2012).

D’un point de vue électrique, chaque chaîne 7 de jonctions Josephson 8 connectées en série peut être assimilée à une succession de schémas électriques LC (inductance et capacitance) avec L (inductance) variable, comme illustré sur la .From an electrical point of view, each chain 7 of Josephson junctions 8 connected in series can be assimilated to a succession of LC (inductance and capacitance) electrical diagrams with variable L (inductance), as illustrated in the .

Concernant le premier matériau 3, le comportement supraconducteur se manifeste avantageusement pour au moins une plage de température prédéterminée qui présente une borne inférieure égale à -30° Celsius environ et une borne supérieure égale à 100° Celsius environ. De préférence, l’unité 200 selon l’invention est capable de fonctionner à température ambiante, par exemple à 20°.With regard to the first material 3, the superconducting behavior is advantageously manifested for at least one predetermined temperature range which has a lower limit equal to approximately -30° Celsius and an upper limit equal to approximately 100° Celsius. Preferably, the unit 200 according to the invention is capable of operating at room temperature, for example at 20°.

Le premier matériau 3 à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces comprend des grains de graphite ayant une taille caractéristique de 10 microns, ces grains de graphite étant mélangés avec de l’eau pure.The first material 3 with granular superconducting behavior at its interfaces comprises graphite grains having a characteristic size of 10 microns, these graphite grains being mixed with pure water.

L’effet Josephson aux interfaces du premier matériau 3 consiste notamment en un effet tunnel entre deux zones supraconductrices distantes l’une de l’autre d’une distance notamment de l’ordre du nanomètre ou plusieurs nanomètres.The Josephson effect at the interfaces of the first material 3 consists in particular of a tunnel effect between two superconducting zones distant from each other by a distance in particular of the order of a nanometer or several nanometers.

La commande du système de commutation 101 est effectuée pour alimenter à partir de la source de courant I l’étage de génération d’énergie électrique 102 de manière à commander la décharge du condensateur 106 dans la cellule 2 avec des impulsions de décharge étant par exemple chacune comprise entre 10 et 200 microsecondes, cette plage de valeurs n’étant pas limitative.The control of the switching system 101 is carried out to supply the electrical energy generation stage 102 from the current source I so as to control the discharge of the capacitor 106 in the cell 2 with discharge pulses each being for example between 10 and 200 microseconds, this range of values not being limiting.

L’unité 200 est agencée de sorte qu’un seul apport externe est effectué vers la cellule 2 depuis la source de courant I, les quantités d’énergie pour les excitations suivantes de la cellule provenant toutes des excédents procurés par l’effet des précédentes excitations en remontant jusqu’à l’excitation initiale, seule à provenir d’une source extérieure.The unit 200 is arranged so that a single external input is made to the cell 2 from the current source I, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses provided by the effect of the previous excitations going back to the initial excitation, the only one to come from an external source.

L’unité 200 est agencée de sorte que, lors de sa mise en route, le condensateur 106 est rechargé une seule fois au début, ses recharges suivantes étant entretenues, s’effectuant par excédent de courant généré par la cellule lors de chaque décharge, notamment à au moins 100 V et au moins 100 A simultanément. Une partie, ou la totalité de cet excédent peut, comme déjà mentionné alimenter électriquement directement la charge 207.The unit 200 is arranged so that, when it is started, the capacitor 106 is recharged only once at the beginning, its subsequent recharges being maintained, being carried out by excess current generated by the cell during each discharge, in particular at least 100 V and at least 100 A simultaneously. Part, or all of this excess can, as already mentioned, directly electrically supply the load 207.

Le condensateur 106 est agencé, dans l’étage de génération d’énergie électrique 102, pour servir à amorcer, fournir et récupérer de l’énergie électrique.The capacitor 106 is arranged, in the electrical energy generation stage 102, to serve to initiate, supply and recover electrical energy.

Lors du fonctionnement électrique, le premier matériau 3 est placé entre les électrodes 5 qui sont métalliques, notamment en cuivre, et poreuses immergées dans de l’eau distillée comme celle mélangée au premier matériau 3, ou ces électrodes sont pleines, imperméables et séparées par une disposition des premier et deuxième matériaux 3 et 4 en une incorporation à un gel aqueux.During electrical operation, the first material 3 is placed between the electrodes 5 which are metallic, in particular copper, and porous immersed in distilled water such as that mixed with the first material 3, or these electrodes are solid, impermeable and separated by an arrangement of the first and second materials 3 and 4 in an incorporation into an aqueous gel.

Les électrodes 5, en forme de disque, couvrent chacun une face 14 de cette cellule 2.The electrodes 5, in the form of a disk, each cover a face 14 of this cell 2.

Le premier matériau 3 est à base de graphite activé à l’eau, les grains de graphite étant le plus possible en contact avec de l’eau en vue de conserver les propriétés de type supraconducteur granulaire à ses interfaces.The first material 3 is based on water-activated graphite, the graphite grains being in contact with water as much as possible in order to preserve the granular superconductor type properties at its interfaces.

Ces grains proviennent notamment d’une poudre de graphite.These grains come in particular from a graphite powder.

Les grains de graphite présentent un diamètre caractéristique de l’ordre de 10 micromètres.Graphite grains have a characteristic diameter of around 10 micrometers.

La cellule 2 présente au moins une dimension supérieure à 1 cm.Cell 2 has at least one dimension greater than 1 cm.

Par exemple, la cellule 2 présente une épaisseur d’au moins 1 mm, notamment d’au moins 5 mm, cette épaisseur étant notamment comprise entre 1 mm et 100 mm.For example, cell 2 has a thickness of at least 1 mm, in particular at least 5 mm, this thickness being in particular between 1 mm and 100 mm.

Les électrodes 5 sont placées sur deux faces opposées 14 de la cellule de sorte que ces électrodes soient séparées par l’épaisseur de la cellule, comme illustré sur la .The electrodes 5 are placed on two opposite faces 14 of the cell so that these electrodes are separated by the thickness of the cell, as illustrated in the .

Le deuxième matériau semiconducteur 4, par exemple du silicium ou du carbure de silicium, peut être fourni sous forme de grains.The second semiconductor material 4, for example silicon or silicon carbide, may be provided in the form of grains.

Comme on peut le voir sur la , la tension aux bornes de l’unité 200 peut, en réponse à chaque impulsion de courant présenter une forme sinusoïdale amortie. La commande des interrupteurs 103 et 104 du système de commutation 101 peut permettre de générer chaque impulsion de courant à un instant t_ipour lequel cette tension aux bornes de l’unité 200 atteint son amplitude pour une oscillation donnée. Comme on peut le voir sur cette figure, les impulsions de courant peuvent être générées selon une fréquence ν₂fixe, cette fréquence ν₂étant ici comprise entre 1/3 et 1/4 de la fréquence ν₁de la tension aux bornes de l’unité 200. Cette plage de valeurs n’est cependant pas limitative, ce rapport pouvant par exemple être compris entre 1/100 et 1.As can be seen on the , the voltage across the terminals of the unit 200 may, in response to each current pulse, have a damped sinusoidal shape. Control of the switches 103 and 104 of the switching system 101 may make it possible to generate each current pulse at a time t _i for which this voltage across the terminals of the unit 200 reaches its amplitude for a given oscillation. As can be seen in this figure, the current pulses may be generated at a fixed frequency ν ₂ , this frequency ν ₂ here being between 1/3 and 1/4 of the frequency ν ₁ of the voltage across the terminals of the unit 200. This range of values is however not limiting, this ratio being able for example to be between 1/100 and 1.

Dans l’exemple de la , l’unité 200, le condensateur 106 et l’inductance 105 sont montés en parallèle les uns les autres, mais l’invention n’y est pas limitée, comme on le verra par la suite.In the example of the , the unit 200, the capacitor 106 and the inductor 105 are connected in parallel with each other, but the invention is not limited thereto, as will be seen later.

Les phénomènes à l’œuvre pour obtenir l’excédent sont repris ci-après.The phenomena at work to obtain the surplus are summarized below.

Le long de trajets entre les électrodes, sont formées, de fait, des lignes de transmission non-linéaires (NLTL) à jonctions Josephson fonctionnant en amplificateurs paramétriques de courant à onde progressive (TWPA), par millions de motifs.Along the paths between the electrodes, non-linear transmission lines (NLTL) with Josephson junctions operating as traveling wave current parametric amplifiers (TWPA) are formed, in millions of patterns.

Quand, pour une telle ligne, se trouve disposée en terminaison une boucle JJP opérant en régime micro-ondes, c'est alors propice à de la génération de photons par excitation paramétrique produisant l'effet Casimir dynamique DCE, c'est-à-dire une production à partir des fluctuations du vide au sens de l'électrodynamique quantique (QED, pour « Quantum Electrodynamics »), et qui se trouve excité paramétriquement.When, for such a line, a JJP loop operating in microwave mode is arranged at the end, it is then conducive to the generation of photons by parametric excitation producing the dynamic Casimir effect DCE, that is to say a production from the fluctuations of the vacuum in the sense of quantum electrodynamics (QED, for "Quantum Electrodynamics"), and which is excited parametrically.

L'ensemble des NLTL, TWPA, et JJP terminaux des morceaux de chaînes est excité par l'application d'une impulsion électrique en centaines de Volts ou d'Ampères par microsonde, de front suffisamment abrupt pour que le contenu fréquentiel de l'impulsion comporte des harmoniques jusque des niveaux élevés, et qui les rendent aptes à exciter les chaînes de Jonctions Josephson connectées en série et les boucles JJP à des fréquences en lien avec leur amplification paramétrique.All the terminal NLTL, TWPA, and JJP of the chain pieces are excited by the application of an electrical pulse in hundreds of Volts or Amps by microprobe, with a sufficiently abrupt front so that the frequency content of the pulse includes harmonics up to high levels, and which make them suitable for exciting the series-connected Josephson Junction chains and the JJP loops at frequencies related to their parametric amplification.

Des grains de semi-conducteur comme SiC par exemple, aptes à la tenue à la haute tension, sont ajoutés au mélange eau / graphite activé, et donnent lieu à une extraction d'électrons situés dans leur bande de conduction, cela sous l'action de l’énergie des photons générés à partir de l'excitation paramétrique du vide, en résultat de l'effet photoélectrique interne.Semiconductor grains such as SiC for example, capable of withstanding high voltage, are added to the activated water/graphite mixture, and give rise to an extraction of electrons located in their conduction band, this under the action of the energy of the photons generated from the parametric excitation of the vacuum, as a result of the internal photoelectric effect.

Ces électrons libres supplémentaires s'ajoutent au courant qui traverse déjà le milieu constitué de pâte contenant (eau - grains de graphite - grains de SiC) de la cellule 2.These additional free electrons are added to the current already flowing through the medium consisting of paste containing (water - graphite grains - SiC grains) of cell 2.

Ainsi est mise en place et activée une boucle de rétroaction positive, avec :This sets up and activates a positive feedback loop, with:

- un apport de courant avec suffisamment d’accroissement temporel lors de l’amorçage (étape 1000 de la ) qui est ici effectuée par décharge du condensateur 106,- a current supply with sufficient time increase during priming (step 1000 of the ) which is here carried out by discharging the capacitor 106,

-une amplification paramétrique de courant à travers les multiples chaînes de jonctions Josephson agencées en lignes NLTL (étape 1001 de la ) avec effet TWPA si l’apport de courant initial a été fait avec suffisamment d’accroissement temporel,- a parametric amplification of current through the multiple chains of Josephson junctions arranged in NLTL lines (step 1001 of the ) with TWPA effect if the initial current supply was made with sufficient time increase,

- une génération de photons en les terminaisons à boucles JJP des chaînes de jonctions Josephson (étape 1002) qui résulte de l’étape (1001),- a generation of photons at the JJP loop terminations of the Josephson junction chains (step 1002) which results from step (1001),

- et qui donne lieu à une extraction d’électrons libres (étape 1003) délivrés en un courant d’intensité supplémentaire (étape 1004) établi sous la différence de potentiel existant préalablement entre les deux électrodes, ce courant supplémentaire se trouvant lui-même amplifié paramétriquement dans l’étape 1001,- and which gives rise to an extraction of free electrons (step 1003) delivered in an additional current intensity (step 1004) established under the potential difference previously existing between the two electrodes, this additional current itself being amplified parametrically in step 1001,

et ainsi de suite, repartant de cette étape 1001, pour aboutir à un fonctionnement qui s’autoalimente pendant une durée de quelques dizaines de microsecondes, c’est-à-dire avec une amplification continuelle pendant cette durée, jusqu’à ce que soit atteinte sa limite correspondant à l’annulation de l’accroissement du courant, c’est-à-dire l’atteinte du niveau de courant pic.and so on, starting from this step 1001, to arrive at an operation which is self-powered for a duration of a few tens of microseconds, that is to say with a continuous amplification during this duration, until its limit corresponding to the cancellation of the increase in current is reached, that is to say the reaching of the peak current level.

D'où, à l'issue d'une impulsion électrique individuelle, il apparait un excédent d'électrons sortant, comparativement à la quantité d'électrons entrant et, en conséquence, un excédent d'énergie.Hence, at the end of an individual electrical impulse, there appears an excess of outgoing electrons, compared to the quantity of incoming electrons and, consequently, an excess of energy.

Cet excédent peut atteindre quelques Joules pour une impulsion de quelques kilo-Ampères kA pendant quelques dizaines de microsecondes.This excess can reach a few Joules for a pulse of a few kilo-Amperes kA for a few tens of microseconds.

D'où, ensuite, vient la possibilité via un pilotage de l’étage de commutation 101, d'enchaîner en trains d'impulsions ces impulsions individuelles, le même excédent unitaire de l'ordre de quelques Joules pendant quelques dizaines de microsecondes, revenant à exprimer, en régime établi, un excédent de puissance exploitable, de l'ordre de quelques dizaines de kiloWatts, cela pendant une durée souhaitée, par exemple des secondes, des minutes, ou des heures.From where, then, comes the possibility via a control of the switching stage 101, to chain these individual pulses into pulse trains, the same unit surplus of the order of a few Joules for a few tens of microseconds, amounting to expressing, in steady state, a surplus of exploitable power, of the order of a few tens of kiloWatts, this for a desired duration, for example seconds, minutes, or hours.

On va maintenant décrire en référence à la un exemple particulier de réalisation d’un circuit 1 selon l’invention.We will now describe with reference to the a particular example of embodiment of a circuit 1 according to the invention.

Comme on peut le voir sur cette , le système de commutation 101 comprend ici deux bras de commutation, chaque bras de commutation comprenant deux interrupteurs statiques de puissance 120 et 121 montés en série et séparés par des points milieux 122, et un composant définissant une inductance 123 et monté entre les deux points milieux 122. Cette inductance définit ici la source de courant I alimentant l’étage de génération d’énergie électrique 102.As you can see on this , the switching system 101 here comprises two switching arms, each switching arm comprising two static power switches 120 and 121 mounted in series and separated by midpoints 122, and a component defining an inductance 123 and mounted between the two midpoints 122. This inductance here defines the current source I supplying the electrical energy generation stage 102.

Comme on peut le voir sur la et similairement à la , cette alimentation de l’étage de génération d’énergie électrique 102 s’effectue ici au travers d’un transformateur.As can be seen on the and similarly to the , this supply of the electrical energy generation stage 102 is carried out here through a transformer.

On constate sur la que l’étage de génération d’énergie électrique 102 comprend le composant 105 formant l’inductance et le composant 106 formant le condensateur qui sont montés en parallèle, alors que l’unité 200 est montée en parallèle d’une fraction seulement de l’inductance 105.We note on the that the electrical energy generation stage 102 comprises the component 105 forming the inductance and the component 106 forming the capacitor which are connected in parallel, whereas the unit 200 is connected in parallel with only a fraction of the inductance 105.

La commande du système de commutation 101 peut ici permettre :The control of the switching system 101 can here allow:

- de charger l’inductance 122 avec un courant constant non nul, de manière à maintenir l’existence de la source de courant I, et- to charge the inductance 122 with a constant non-zero current, so as to maintain the existence of the current source I, and

- d’alimenter électriquement l’étage de génération d’énergie électrique 102 de manière à obtenir la succession d’impulsions de courant dans l’unité 200, similairement à ce qui a été décrit ci-dessus.- to electrically supply the electrical energy generation stage 102 so as to obtain the succession of current pulses in the unit 200, similarly to what has been described above.

Cette commande peut consister à agir sur l’un des paramètres suivants :This command can consist of acting on one of the following parameters:

- le déphasage entre la commande d’un bras de commutation par rapport à l’autre,- the phase shift between the control of one switching arm relative to the other,

- le rapport cyclique au sein d’un même bras de commutation, et- the duty cycle within the same switching arm, and

- la fréquence à laquelle les impulsions de courant sont appliquées à l’étage de génération d’énergie électrique 102.- the frequency at which the current pulses are applied to the electrical energy generation stage 102.

Dans un exemple non représenté, un transformateur peut être intégré à l’étage de génération d’énergie électrique 102, l’unité 200 étant par exemple séparée du condensateur 106 et de l’inductance 105 par ce transformateur.In an example not shown, a transformer may be integrated into the electrical energy generation stage 102, the unit 200 being for example separated from the capacitor 106 and the inductance 105 by this transformer.

La diffère des exemples précédents par le fait que l’étage de génération d’énergie électrique 102 est constitué par le composant 105 définissant une inductance et l’unité 200 apte à fournir de l’énergie électrique décrite ci-dessus. Aucun composant 106 définissant un condensateur n’est ici présent dans l’étage 102. Le système de commutation 101 comprend ici un unique bras de commutation avec deux interrupteurs statiques de puissance 120, 121 définissant entre eux un point milieu 122. Une borne de l’étage de génération d’énergie électrique102 est connectée à ce point milieu, et une autre borne de cet étage de génération d’énergie électrique est connectée au point milieu d’un bras de commutation unique de l’onduleur/redresseur 110. Dans l’exemple de la , on constate que l’interrupteur 211 du système d’interrupteur 210 est confondu avec l’un des interrupteurs 120, 121 du système de commutation 101. Dans l’exemple de la , la fourniture d’énergie électrique à la source de tension 100 se fait à travers le système de commutation 101 tandis que la fourniture d’énergie électrique à la charge 207 se fait à travers l’onduleur/redresseur 110.There differs from the previous examples in that the electrical energy generation stage 102 is constituted by the component 105 defining an inductance and the unit 200 capable of supplying electrical energy described above. No component 106 defining a capacitor is present here in the stage 102. The switching system 101 here comprises a single switching arm with two static power switches 120, 121 defining between them a midpoint 122. A terminal of the electrical energy generation stage 102 is connected to this midpoint, and another terminal of this electrical energy generation stage is connected to the midpoint of a single switching arm of the inverter/rectifier 110. In the example of the , it is noted that the switch 211 of the switch system 210 is confused with one of the switches 120, 121 of the switching system 101. In the example of the , the supply of electrical energy to the voltage source 100 is done through the switching system 101 while the supply of electrical energy to the load 207 is done through the inverter/rectifier 110.

La présente invention sert comme source d’énergie électrique pour alimenter un équipement d’un réseau domestique, du réseau d’un local industriel ou commercial, ou encore pour renvoyer de l’énergie vers un réseau électrique de tension géré par un opérateur national, régional, ou local.The present invention serves as a source of electrical energy to power equipment in a domestic network, in the network of an industrial or commercial premises, or to return energy to a voltage electrical network managed by a national, regional or local operator.

En résumé, dans l’invention, l'énergie produite au moyen du dispositif convertisseur d’énergie, comme expliqué plus haut par des résultats expérimentaux est issue d’un flux significatif de photons, qui sont bien réels, créé par l'excitation paramétrique des fluctuations du vide au sens de l'électrodynamique quantique, comme cela est confirmé par l’article « Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit » par C. Wilson et P. Delsing (Nature, 2011) qui décrit l’observation expérimentale de la création d'un flux significatif de photons. De l’article « Dynamical Casimir Effect in a Josephson metamaterial » par P. Lähteenmäki et P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), on peut comprendre que le flux de photons substantiel créé et observé ne peut pas être relié à des fluctuations thermiques, mais relève bel et bien d'un point spécifique de la théorie des champs quantique (dit autrement, l'électrodynamique quantique).In summary, in the invention, the energy produced by means of the energy converter device, as explained above by experimental results, comes from a significant flow of photons, which are very real, created by the parametric excitation of vacuum fluctuations in the sense of quantum electrodynamics, as confirmed by the article "Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit" by C. Wilson and P. Delsing (Nature, 2011) which describes the experimental observation of the creation of a significant flow of photons. From the article "Dynamic Casimir Effect in a Josephson metamaterial" by P. Lähteenmäki and P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), we can understand that the substantial photon flux created and observed cannot be linked to thermal fluctuations, but rather falls under a specific point of quantum field theory (in other words, quantum electrodynamics).

Enfin, la notion d'excitation paramétrique, générale en physique non-linéaire et ici invoquée en électrodynamique quantique, se rapporte à exciter des modes particuliers d'un système possédant déjà au départ un niveau d'énergie non-nul ; et au bout d'un certain temps on obtient en résultat la manifestation d'un niveau très fortement amplifié (pour le niveau d'énergie préexistant, pas celui de la pompe), et exploitable. Ainsi, précisément dans ces termes et ce cadre d'amplification paramétrique tels que spécifiés par les publications de résultats expérimentaux comme l’article « Dynamical Casimir Effect in a Josephson metamaterial » par P. Lähteenmäki et P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), et l’article « Stimulating uncertainty: Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits » par P. Nation et F. Nori (American Physical Society, Reviews of Modern Physics, 2012) rappelées plus haut, il est clair qu'implicitement, l'énergie du flux de photons produits par l'effet Casimir dynamique DCE se comptabilise par un ajout, et n'est pas comprise dans l'apport où les circuits de test sont alimentés en énergie, thermique et électrique.Finally, the notion of parametric excitation, general in non-linear physics and here invoked in quantum electrodynamics, relates to exciting particular modes of a system already initially possessing a non-zero energy level; and after a certain time we obtain as a result the manifestation of a very strongly amplified level (for the pre-existing energy level, not that of the pump), and exploitable. Thus, precisely in these terms and this framework of parametric amplification as specified by the publications of experimental results such as the article "Dynamic Casimir Effect in a Josephson metamaterial" by P. Lähteenmäki and P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), and the article "Stimulating uncertainty: Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits" by P. Nation and F. Nori (American Physical Society, Reviews of Modern Physics, 2012) recalled above, it is clear that implicitly, the energy of the flux of photons produced by the dynamic Casimir effect DCE is counted by an addition, and is not included in the contribution where the test circuits are supplied with energy, thermal and electrical.

Claims

Electrical circuit generating electrical energy (1), in particular arranged to be connected to an alternating voltage electrical network, comprising:
- input terminals (140, 141), capable of being connected to the alternating voltage network (100),
- an electrical energy generation stage (102) comprising at least one component (105) defining an inductance, in particular at least one component (106) defining a capacitor, and a unit (200) capable of supplying electrical energy,
- output terminals (210, 202), in particular two output terminals (201, 202), between which a load (207) is capable of being connected, and
– a switching system (101), comprising at least one static power switch, the switching system being configured to electrically power the electrical energy generation stage (102) such that the unit (200) is powered by current pulses,
characterized by the fact that the unit (200) capable of supplying electrical energy comprises:
- a cell (2) comprising a first material (3) rendered with granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of Josephson junction couplings at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and Josephson junction coupling between superconducting regions manifesting itself for at least one predetermined temperature range, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell further containing a second semiconductor material (4) mixed with the first material, in particular this second semiconductor material being grains of silicon or silicon carbide,
- two electrodes (5), for example made of copper, placed in electrical contact with the cell, so as to ensure a passage of electric current through the entire cell when the unit (200) is put into operation,
unit in which:
- the Josephson junctions (8) of the first material form chains of Josephson junctions connected in series so that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of Josephson junctions connected in series, this current being delivered in pulse form having, at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach for example at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,
- pairs (9) of Josephson junctions, each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called a JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to an end of a chain of Josephson junctions connected in series, these loops being capable of producing a parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons from these excitations,
- the second semiconductor material (4) is capable of converting, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into an additional source of electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which provides an excess of free electric charges adding to the electric current which passes through the cell (2), this additional current being in turn subject to parametric amplification when it passes through the chains of Josephson junctions connected in series,
the circuit also being characterized by the fact that it comprises a voltage converter (110), in particular distinct from the switching system (101), through which electrical energy is supplied by the unit between the input terminals (140, 141) and/or between the output terminals (201, 202) of the circuit.

Electrical circuit according to claim 1, the electrical energy generation stage (102) comprising at least one component (106) defining a capacitor, and the voltage converter (110) being distinct from the switching system (101).

Electrical circuit according to claim 1 or 2, comprising exactly two input terminals (140, 141), capable of being connected to the alternating voltage electrical network (100) which is single-phase.

An electrical circuit according to any preceding claim, comprising a system of switches (210) selectively enabling: the supply of electrical energy by the unit (200) between the input terminals (140, 141) exclusively, the supply of electrical energy by the unit (200) between the input terminals (140, 141) and between the output terminals (201, 202) of the circuit, and the supply of electrical energy by the unit (200) between the output terminals (201, 202) of the circuit exclusively.

Circuit according to any one of the preceding claims, the switching system (110) being controlled so that the unit (200) is traversed by pulses of 10 to 200 microseconds each.

Circuit according to any one of the preceding claims, the switching system (101) being controlled so that the voltage across the unit (200) has a damped sinusoidal shape and so that each current pulse supplying the unit (200) is generated in phase with the amplitude of the voltage across this unit during a voltage oscillation.

An electrical circuit according to claim 2 and any preceding claim, the component defining the inductance (105), the component defining the capacitor (106) and the unit (200) capable of supplying electrical energy being mounted in parallel with each other.

Electrical circuit according to claim 2 and any one of claims 1 to 5, the component defining the inductance (105) and the component defining the capacitor (106) being mounted in parallel, and the unit (200) capable of supplying electrical energy being mounted in parallel with a fraction of the inductance (105), so as to achieve impedance matching.

Electrical circuit according to any one of the preceding claims, the switching system (101) electrically supplying the electrical energy generation stage (102) through galvanic isolation.

An electrical circuit according to claim 2 and any preceding claim, wherein the electrical energy generation stage (102) comprises a transformer, the inductance-defining component (105) and the capacitor-defining component (106) being coupled to the unit (200) capable of supplying electrical energy through said transformer.