Rainer Marquardt

Lauréat du Prix de l’inventeur européen 2026

Au premier siècle de l'électrification, de nombreuses applications potentielles étaient limitées par des méthodes de contrôle rudimentaires, car les convertisseurs électroniques d'énergie (qui permettent un contrôle et une conversion efficaces de l'électricité) étaient inconnus ou irréalisables. La situation a commencé à évoluer dans les années 1980, lorsque les progrès de la technologie des semi-conducteurs et de l'ingénierie des systèmes électroniques ont permis de fabriquer des convertisseurs d'énergie pour de nombreuses applications, telles que les trains et les voitures électriques, les moteurs industriels et l'alimentation électrique pour les ordinateurs.

Cependant, la faisabilité technique des futures applications dans la gamme de haute puissance est demeurée hors de portée, jusqu'à ce que Professeur Marquardt développe son Convertisseur Modulaire Multiniveau (MMC) en 2001. Jusque-là, combiner des niveaux de haute puissance (jusqu'aux gigawatts) avec des exigences strictes en matière de fiabilité, de sécurité fonctionnelle et d'efficacité, exigées par les applications de réseaux, s'était avéré extraordinairement difficile. Ces défis étaient d'autant plus importants dans les applications de réseau.

Professeur Marquardt a très tôt compris ces exigences futures et en a fait l'axe central de ses travaux à l'université. Les systèmes d'électricité modernes nécessitent beaucoup de flexibilité et de fiabilité. Les infrastructures de réseau existantes peinent à suivre. Pour y remédier, Professeur Marquardt a passé toute sa carrière à mettre au point des technologies de conversion de l'énergie afin de transporter l'électricité de manière plus efficace, fiable et flexible dans les réseaux modernes. Son concept de MMC est devenu la base pour les systèmes de transmission VSC-HVDC (courant continu haute tension - convertisseurs source de tension) utilisés à travers le monde.

Une étape majeure dans la conversion de l'énergie

Vers 2000, lorsque Professeur Marquardt eut l'idée du MMC, l'électronique de puissance avait considérablement mûri et était adaptée à de nombreuses applications. Les systèmes de contrôle numérique, dont l'introduction avait été couronnée de succès, offraient une grande flexibilité et la possibilité de se connecter à des ordinateurs surordonnés. Les topologies et les méthodes de contrôle standard étaient connues et bien établies, et fonctionnaient bien sur une large plage de puissance, allant de quelques kilowatts à plusieurs mégawatts. Pour les applications nécessitant une puissance plus élevée, la solution consistait à connecter plusieurs convertisseurs standard, chacun avec son propre transformateur côté réseau.

Professeur Marquardt était convaincu de pouvoir mettre au point une meilleure solution. Il devait s'agir d'un concept librement modulaire, ne nécessitant pas l'utilisation de transformateurs et qui n'imposait aucune restriction en matière de puissance, de tension ou de fonctionnalité. De plus, pour faciliter la production industrielle et répondre aux exigences du monde réel, la solution devrait être basée sur un nouveau type de bloc de construction, qu'il a nommé « sous-modules ». Bien que des approches modulaires aient été envisagées avant 2000, elles ont abouti à des interfaces techniquement complexes entre les blocs de construction, perdant tout avantage pratique.

L'interface du sous-module devait être minimale et simple : le MMC final ne comprenait qu'un câble à fibres optiques pour la communication et deux câbles d'alimentation électrique transportant des courants de basse fréquence. Cette solution avait un avantage supplémentaire : les sous-modules du MMC peuvent être disposés librement et dans presque n'importe quelle configuration géométrique.

D'un point de vue fonctionnel, les sous-modules agissent comme des sources de tension commandées. Comme les bras du convertisseur d'un MMC à haute tension sont configurés à partir de plusieurs sous-modules connectés en série qui commutent de manière indépendante, la forme d'onde est de haute qualité et le système peut facilement tolérer des défaillances de sous-modules uniques. La commutation répartie maintient également la fréquence de découpage par sous-module à un niveau très bas, la principale raison pour laquelle le MMC atteint des taux de rendement supérieurs à 99 %.

Concevoir la base des systèmes énergétiques de demain

Rainer Marquardt a étudié la communication électronique à l'université de Hanovre avant de travailler comme assistant de recherche à l'Institut d'électronique de puissance, où il obtient son diplôme avec mention et son doctorat en ingénierie. Il rejoint ensuite Siemens AG, à Erlangen, où il travaille dans la recherche et le développement de convertisseurs de fréquence avancés et dans le domaine de l'électronique de puissance. En 2000, il rejoint l'université de la Bundeswehr à Munich en tant que professeur titulaire, dirigeant l'Institut d'électronique de puissance et des systèmes de contrôle.

Il oriente à l'époque la recherche vers les besoins futurs de l'électronique de puissance, dans des applications à haute puissance et de réseau. En 2001, il dépose le premier brevet d'invention du MMC. Très tôt, Professeur Marquardt a compris à la fois l'énorme potentiel de cette technologie et les obstacles importants qui devaient être surmontés avant que les MMC puissent être déployés. Il a passé plusieurs années à conseiller et soutenir les premières applications industrielles.

Le MMC a atteint une étape importante avec le projet de câble Trans Bay en Californie. Une liaison à courant continu de 400 mégawatts a été installée sous la mer entre Pittsburg et San Francisco, permettant un transfert d'énergie contrôlable tout en remplaçant une centrale électrique au charbon. Une série de projets couronnés de succès ont suivi, notamment le réseau multiterminal Nana'ao en Chine et l'interconnexion INELFE entre la France et l'Espagne, qui a ajouté deux gigawatts de transfert d'énergie bidirectionnel et contrôlable entre la France et l'Espagne. Aujourd'hui, la technologie MMC est essentielle aux systèmes énergétiques modernes. Elle est de plus en plus importante pour soutenir les infrastructures en expansion rapide, comme les centres de données.

« Avoir une nouvelle idée, c'est une chose. La transformer en applications réelles en est une autre. Cela demande beaucoup de travail, de persévérance et de patience », explique Rainer Marquardt. « Si le succès ne semble pas garanti, nombreux sont ceux qui ne voudront pas y consacrer du temps. Ce sont souvent les personnes qui sont en mesure de voir le potentiel des nouvelles idées qui permettent de réellement progresser ».