FR3131087A1

FR3131087A1 - Energy converter device

Info

Publication number: FR3131087A1
Application number: FR2114089A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Labbe
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-06-23
Also published as: WO2023118251A2

Abstract

Dispositif convertisseur d’énergie L’invention concerne un dispositif convertisseur d’énergie (1) apte à fournir de l’énergie électrique, notamment agencé pour être embarqué sur un véhicule, notamment un véhicule terrestre, aérien, maritime ou spatial, ce dispositif comportant : une cellule (2) comportant un premier matériau (3) fait de grains de graphite, 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 (4) mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur étant des grains de silicium ou de carbure de silicium. . Figure de l’abrégé : figure 2Energy converter device The invention relates to an energy converter device (1) capable of supplying electrical energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, in particular a land, air, sea or space vehicle, this device comprising : a cell (2) comprising a first material (3) made of graphite grains, rendered to granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and coupling by junctions Josephson between superconducting regions occurring for at least a 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. . Abstract Figure: Figure 2

Description

Energy converter device

La présente invention concerne un dispositif convertisseur d’énergie apte à fournir de l’énergie électrique.The present invention relates to an energy converter device capable of supplying electrical energy.

Actuellement, pour faire fonctionner le moteur électrique d’un véhicule à propulsion électrique, la source d’énergie doit être stockée dans des batteries d’accumulateurs électrochimiques ou plus généralement des réservoirs, à embarquer dans ledit véhicule.Currently, to operate the electric motor of an electric-powered vehicle, the energy source must be stored in electrochemical accumulator batteries or more generally reservoirs, to be carried in said vehicle.

Ces dispositifs de stockage sont coûteux et encombrants.These storage devices are expensive and bulky.

L’invention vise notamment à mettre à disposition une énergie électrique utilisable, notamment pour la mobilité électrique, qui ne nécessite ni d’avoir à stocker toute ou quasiment toute la source d’énergie électrique utile lors du fonctionnement du véhicule, ni d’avoir à reconstituer tout ou partie de ce stock, notamment par recharge.The invention aims in particular to provide usable electrical energy, in particular for electric mobility, which does not require either having to store all or almost all of the source of useful electrical energy during the operation of the vehicle, nor to have to replenish all or part of this stock, in particular by recharging.

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 come as close as possible to, or even achieve, carbon neutrality, both for the transport of people or goods, and for the associated electrical energy production.

L’invention a ainsi pour objet un dispositif convertisseur d’énergie apte à fournir de l’énergie électrique, notamment agencé pour être embarqué sur un véhicule, notamment un véhicule terrestre, aérien, maritime ou spatial, ce dispositif comportant :

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,
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 le dispositif est mis en fonctionnement,

dispositif convertisseur d’énergie dans lequel :

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,
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,
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 subject of the invention is thus an energy converter device capable of supplying electrical energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, in particular a land, air, sea or space vehicle, this device comprising:

a cell comprising a first material made to have granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and of coupling by Josephson junctions between superconducting regions occurring for at least one temperature range predetermined, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell also containing a second semiconductor material mixed with the first material, in particular this second semiconductor material being grains of silicon or silicon carbide,
two electrodes, for example copper, placed in electrical contact with the cell, so as to ensure passage of electric current through the cell, in particular through the entire cell, when the device is put into operation,

energy converter device in which:

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 pulsed form having, at the start of each pulse, a rising slope chosen to be large enough to reach, for example, at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,
pairs of Josephson junctions, each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called 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 parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitations,
the second semiconductor material is capable of converting, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional 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 flowing through the cell, this additional current being in turn subject to parametric amplification as it passes through the chains of series-connected Josephson junctions.

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 Josephson junctions connected in series, present in fact in the granular material, can be likened 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 assimilated to a non-linear inductor, and the series connection of such junctions being considered as forming a non-linear transmission line (also called NLTL meaning in English "Non-Linear Transmission Line") able to amplify in a parametric way the electric current which crosses it. Thus, along the paths between the electrodes, non-linear transmission lines NLTL are formed at such Josephson junctions operating as traveling wave parametric current amplifiers (also called TWPA, meaning “Travelling wave parametric amplifier”). We can refer, on this subject, 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 times with non-linear capacitances, it can be obtained with 24 periodic patterns in series an amplification of a factor of approximately 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 non-linear inductors 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 which happen to be electrically connected in parallel rather than in series in the material formed, a SQUID arrangement is formed, designating in English a “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.While these arrangements of Josephson junctions (i.e. tunneling between superconducting regions), in so-called "SQUID" loops, are most often considered as measuring instruments -- in particular 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 zero level as for 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 device of the SQUID type operating in microwave mode at the end of a transmission line. This is the dynamic Casimir effect (or DCE effect), as explained with reference either to the article “Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit” by C. Wilson and P. Delsing (Nature, 2011), either to 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 to 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 put forward several decades earlier, and that in this context the operating mode by loop of Josephson junctions at the end of the line to generate photons is evaluated as more efficient by several orders of magnitude, compared to the initial provision of principle with moving mirror, for the DCE effect in question.

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 bare frequency, also being a carrier of 'a quantum of energy of level equal to the product (h x nu), where h is Planck's 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).The fundamental energy level of the quantum field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics is also called “quantum vacuum”. It exhibits fluctuations that can be parametrically excited, the energy density of these vacuum-relative field fluctuations being estimated at the colossal level of 10^94 g/cm^3, compared to the 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 work Geometrodynamics" by J. Wheeler (Academic Press, 1962), himself quoted in chapter “44.3 - Vacuum fluctuations: their prevalence and final dominance” in the work “Gravitation” by C. Misner and J. Wheeler (Princeton University Press, 1973).

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 which has undergone a treatment (material not in its natural state), the superconducting and Josephson coupling behaviors between superconducting regions are advantageously manifested for at least a predetermined temperature range which has a lower limit equal to -30° approximately Celsius and/or an upper limit equal to approximately 100° Celsius. Of course, other lower and/or upper bounds 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 occur under easily controllable conditions, in particular being able to occur 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, sur un véhicule.The invention thus allows electrical energy to be made available in situ, for example allows electricity production, carbon neutral, on a vehicle.

Selon l’invention, le dispositif convertisseur 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 converter device is capable of supplying electrical energy in response to a dynamic current stimulation, in a certain frequency range. The current is delivered in pulse form, with a rising edge in absolute value that is sufficiently abrupt for its spectrum to contain sufficient components at 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 of the aspects of the invention, the first material made to have 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 stirred beforehand for a predetermined period, 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 is 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 at millions of copies. This evaluation is to be related to a known "x10 in voltage" amplification with 24 series patterns with nonlinear 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 non-linear inductance series patterns (see the article "Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial" by A Zorin (IEEE, 2017)). The non-linear processes of parametric amplification having precisely the characteristic of presenting a multiplicative cumulation effect rather than an additive one, therefore of exponentially growing amplitude, one can reasonably expect within the framework of the invention, an effect significant in terms of current and electric charge due to the fact that one proceeds by millions of elementary patterns linked to non-linear inductance, whereas each individual effect is only quasi infinitesimal. The effect in single parametric current amplification over several orders of magnitude for a single elementary LC pattern with non-linear inductance, on the scale of a macroscopic electrical circuit, being described in particular by the applicant company in patent FR3077439B1, " Contactless power transmission device by resonant inductive coupling for recharging a motor vehicle". The applicant thus demonstrates that it is possible here to have access to electrical powers of the order of a kiloWatt from elementary mechanisms of the order of a nanoWatt: this, on the one hand, because of the positive feedback in place, therefore self-powered, where the conversion of photon energy (resulting 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 proven experimentally for several years, in gain of amplification when these same parametric processes are implemented in non-linear electrodynamics or quantum optics, as exposed for example by N. Forget in his doctoral dissertation "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 equals 10^21 Watt or one billion billion kiloWatts.

Selon l’un des aspects de l’invention, l’excédent de charges électriques apporté par le dispositif permet que la quantité d’énergie électrique récupérée en sortie de ce dispositif 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 of the aspects of the invention, the excess electrical charges provided by the device allows the quantity of electrical energy recovered at the output of this device to be greater than the quantity of energy entering through the electrodes, on a predetermined operating cycle, this 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 conveyed, equal to the time integral of the current i(t) variable 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 of the aspects of the invention, the electric current which crosses the cell presents 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 of the aspects 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 of the aspects 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 of the aspects of the invention, the outgoing electrical current pulse (ia) has a maximum intensity greater than 100 Amps, or even 1,000 Amps or even 1,500 Amps, in particular an intensity greater than 2,000 Amps, this maximum possibly being between 2500 and 3000 amperes in particular, and in which the outgoing electrical current pulse (ia) has in absolute value a rising slope greater than 100 amperes per microsecond, or even 500 or 1000 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, 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 of the aspects of the invention, the electric current entering the cell comes from an electric source external to the cell, for example an electric storage source such as a capacitor, and the electric current leaving the cell carries an amount of electrical energy greater than the amount of energy carried by the incoming electrical 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 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 of the aspects of the invention, the electrical source external to the cell comprises a power capacitor initially charged to a voltage of 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. 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 of the aspects 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. According to one of the aspects of the invention, the power relative to the electric current and to the electric charge conveyed when passing through the cell is greater than the ratio of 1 Joule per 100 microseconds or 2 Joules per 40 microseconds, i.e. i.e. greater than 10 or 50 kiloWatts.

Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif est agencé de sorte qu’un seul apport externe est effectué vers la cellule depuis une source de tension extérieure, comme une batterie ou un condensateur, ou depuis une source de courant extérieure 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 of the aspects of the invention, the device is arranged so that a single external contribution is made to the cell from an external voltage source, such as a battery or a capacitor, or from a controlled external current source with a predetermined slope increase, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses procured by the effect of the previous excitations going back to the initial excitation, the only one coming 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, cet interrupteur étant agencé pour commander une décharge d’un condensateur 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 of the aspects of the invention, the cell is connected to a static power switch such as a thyristor or an IGBT transistor, this switch being arranged to control a discharge of a capacitor 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, le dispositif est agencé de sorte que, lors de la mise en route de ce dispositif, le condensateur 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 of the aspects of the invention, the device is arranged so that, when starting up this device, the capacitor is recharged only once at the start, its subsequent recharges being maintained, being carried out by excess of 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 le dispositif convertisseur de l’invention, pour servir à amorcer, fournir et récupérer de l’énergie électrique.According to one of the aspects of the invention, the capacitor is arranged, in the converter device of the invention, 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 of the aspects 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 to 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 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 as much as possible in contact with water in order to preserve the properties of the granular superconductor type at its interfaces.

Selon l’un des aspects de l’invention, ces grains proviennent notamment d’une poudre de graphite.According to one of the aspects 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 of the aspects 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 of the aspects 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 of 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 of the aspects of the invention, the electrodes are placed on two opposite sides of the cell so 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 of the aspects of the invention, the second semiconductor material can 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 le moteur de propulsion ou traction électrique d’un véhicule, terrestre, aérien, maritime ou spatial. Lorsqu’il s’agit d’un véhicule terrestre, il peut comprendre un nombre de roues quelconque, par exemple deux, trois, quatre roues ou plus.The present invention finds applications in particular in electrotechnical applications, for example as a source of electrical energy to supply the electric propulsion or traction motor of a vehicle, land, air, sea or space. In the case of a land vehicle, it may include any number of wheels, for example two, three, four or more wheels.

L’invention a encore pour objet un procédé pour convertir de l’énergie, notamment agencé pour être embarqué sur un véhicule, ce procédé comportant les étapes :

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,
assurer un passage de courant électrique à travers la cellule, notamment à travers toute la cellule, lorsque le dispositif est mis en fonctionnement, l’aide de deux électrodes, par exemple en cuivre, placées en contact avec la cellule,

procédé dans lequel :

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,
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,
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.

Another subject of the invention is a method for converting energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, this method comprising the steps:

providing a cell comprising a first material rendered with granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and of coupling by Josephson junctions between superconducting regions manifesting itself for at least a range of predetermined temperature, 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,
ensure a passage of electric current through the cell, in particular through the entire cell, when the device is put into operation, using two electrodes, for example copper, placed in contact with the cell,

process in which:

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 pulsed form having, at the start of each pulse, a rising slope chosen to be large enough to reach, for example, at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,
pairs of Josephson junctions, each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called 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 parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitations,
converting by internal photoelectric effect, using the second semiconductor material, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which provides a excess free electrical charges adding to the electrical current flowing through the cell, this additional current being in turn subject to parametric amplification as it passes through the chains of series-connected Josephson junctions.

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, ou par un accroissement de courant de pente prédéterminée, notamment supérieure à 100 ampères par microseconde.According to one of the aspects of the invention, the operation initiating the supply of excess electricity is carried out by applying to the cell an internal electric field by means of an electric voltage at its terminals via its electrodes, in particular greater than 100 Volts, in particular by discharging a capacitor, or by an increase in current with a 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 of the aspects of the invention, the capacitor is recharged, for example using a battery or a precharging power supply, only once, at the beginning, its subsequent recharges being maintained, being carried out by excess of current generated by the cell during discharges in particular to at least 100 Volts and at least 100 Amps simultaneously. As a variant, a predetermined external energy supply is made to the cell from a controlled current source with a predetermined increase in slope, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses procured by the effect of the preceding excitations by going back to the initial excitation, only 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 of the aspects of the invention, the first material is manufactured in the manner 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 swim on the surface of the water due to their highly hydrophobic property. After approximately one hour, it can be observed that the graphite powder forms a suspension within the water, which is quite homogeneous approximately one hour later. After a new agitation or a new stirring for approximately 22 hours, the powder obtained is recovered by filtration with a clean non-metallic filter and drying is carried out at 100° C. for approximately 8 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 manufacture 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).

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 by way of indication and not limitation with reference to the appended diagrammatic drawings, in which :

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

représente, schématiquement et partiellement, une cellule du dispositif du convertisseur selon la , represents, schematically and partially, a cell of the device of the converter according to the ,

représente, schématiquement et partiellement, des chaînes de jonctions Josephson se manifestant dans le premier matériau du dispositif du convertisseur selon la , represents, schematically and partially, chains of Josephson junctions appearing in the first material of the device of the converter according to the ,

représente le courant électrique obtenu à l’aide du dispositif convertisseur la , represents the electric current obtained using the converter device the ,

représente l’excédent d’énergie obtenu à l’aide du dispositif convertisseur la , represents the excess energy obtained using the converter device the ,

est un schéma illustrant l’enchaînement des phénomènes à l’œuvre dans le dispositif convertisseur la . is a diagram illustrating the sequence of phenomena at work in the converter device .

On a représenté sur la un dispositif convertisseur d’énergie 1 apte à fournir de l’énergie électrique et agencé pour être embarqué sur un véhicule terrestre, aérien, maritime ou spatial, par exemple une voiture électrique.We represented on the an energy converter device 1 capable of supplying electrical energy and arranged to be carried on board a land, air, sea or space vehicle, for example an electric car.

Comme mieux visible sur la , ce dispositif 1 comporte :

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,
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 le dispositif est mis en fonctionnement.

As best seen on the , this device 1 comprises:

a cell 2 comprising a first material 3 made to have granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions 8 at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and coupling by Josephson junctions between superconducting regions occurring 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,
two disc-shaped 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 2 when the device 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 so that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of series-connected Josephson junctions, this current being delivered as pulse 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 JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to a termination of a chain 7 of Josephson junctions connected in series operating in NLTL, these loops 9 being capable of producing parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of 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 grains of silicon or silicon carbide, is capable of converting, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional 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 which crosses the cell 2, this additional current being in its turn subject to parametric amplification when it passes through the chains of junctions Josephson 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 in the manner 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 swim on the surface of the water due to their highly hydrophobic property. After approximately one hour, it can be observed that the graphite powder forms a suspension within the water, which is quite homogeneous approximately one hour later. After a new agitation or a new stirring for approximately 22 hours, the powder obtained is recovered by filtration with a clean non-metallic filter and drying is carried out at 100° C. for approximately 8 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 manufacture 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, le dispositif selon l’invention est capable de fonctionner à température ambiante, par exemple à 20°.Concerning the first material 3, the superconducting behavior is advantageously manifested for at least a predetermined temperature range which has a lower limit equal to approximately −30° Celsius and an upper limit equal to approximately 100° Celsius. Preferably, the device according to the invention is capable of operating at ambient 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 cellule 2 est connectée à un interrupteur 10, ici un interrupteur statique de puissance tel qu’un thyristor ou un transistor IGBT, cet interrupteur 10 étant agencé pour commander la décharge d’un condensateur 11 dans la cellule 2 avec des impulsions de décharge de 10 à 200 microsecondes chacune.Cell 2 is connected to a switch 10, here a static power switch such as a thyristor or an IGBT transistor, this switch 10 being arranged to control the discharge of a capacitor 11 in cell 2 with discharge pulses of 10 to 200 microseconds each.

Une inductance 17 figure le fait que l’ensemble du circuit d’établissement du courant est en une boucle fermée donc caractérisée par une inductance, même faible, comme ici, ne dépassant pas les quelques microhenry. Une résistance 18 figure le fait qu’une boucle conductrice parcourue par un courant est caractérisée par une résistance, même faible, comme ici, de l’ordre de quelques milli-Ohm. Un condensateur 11 est utile en ce qu’il permet de réaliser une décharge capacitive, à l’issue d’une charge initiale de ce dernier.An inductor 17 represents the fact that the whole of the current establishment circuit is in a closed loop therefore characterized by an inductance, even low, as here, not exceeding a few microhenry. A resistor 18 represents the fact that a conductive loop traversed by a current is characterized by a resistance, even low, as here, of the order of a few milli-Ohms. A capacitor 11 is useful in that it makes it possible to carry out a capacitive discharge, following an initial charge of the latter.

Le dispositif 1 est agencé de sorte qu’un seul apport externe est effectué vers la cellule depuis une source de tension extérieure, comme une batterie ou un condensateur, ou depuis une source de courant extérieure 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.The device 1 is arranged so that a single external supply is made to the cell from an external voltage source, such as a battery or a capacitor, or from an external current source controlled at a predetermined slope increase, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses procured by the effect of the preceding excitations going back to the initial excitation, the only one coming from an external source.

Le dispositif 1 est agencé de sorte que, lors de la mise en route de ce dispositif, le condensateur 11 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.The device 1 is arranged so that, when starting up this device, the capacitor 11 is recharged only once at the start, its subsequent recharges being maintained, taking place by excess current generated by the cell during each discharge, in particular to at least 100 V and at least 100 A simultaneously.

Le condensateur 11 est agencé, dans le dispositif convertisseur 1 de l’invention, pour servir à amorcer, fournir et récupérer de l’énergie électrique.Capacitor 11 is arranged, in converter device 1 of the invention, 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 like 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 disc-shaped electrodes 5 each cover one 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 as much as possible in contact with water in order to preserve the properties of the granular superconductor type 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, the cell 2 has a thickness of at least 1 mm, in particular of 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, can be provided in the form of grains.

La illustre, par la courbe 25, la variation du courant électrique ia qui traverse la cellule active lors d’un régime impulsionnel.There illustrates, by the curve 25, the variation of the electric current ia which crosses the active cell during a pulse regime.

L’ordonnée du graphique de la est l’intensité du courant électrique en ampères, et l’abscisse est le temps en secondes.The ordinate of the graph of the is the intensity of the electric current in amperes, and the abscissa is the time in seconds.

La courbe du courant ia présente une forme sensiblement sinusoïdale amortie.The current curve ia has a substantially damped sinusoidal shape.

Chaque impulsion de courant dure, dans l’exemple décrit, 50 microsecondes.Each current pulse lasts, in the example described, 50 microseconds.

Le régime impulsionnel en courant, observé ici par mesure sur banc, est le résultat d’une décharge capacitive à travers la cellule active 2, tel qu’il devient comptabilisé davantage de charge électrique véhiculée Q à l’issue du processus impulsionnel de 50 microsecondes, que de charge électrique emmagasinée dans le condensateur 11 préalablement à la décharge, ce condensateur 11 étant bien isolé après avoir été chargé par une alimentation externe 19 en actionnant l’interrupteur 10 qui est par exemple un thyristor.The pulsed current regime, observed here by measurement on a bench, is the result of a capacitive discharge through the active cell 2, such that it becomes accounted for more electrical charge carried Q at the end of the pulse process of 50 microseconds , than electrical charge stored in capacitor 11 prior to discharge, this capacitor 11 being well insulated after having been charged by an external power supply 19 by actuating switch 10 which is for example a thyristor.

La puissance relative au courant électrique simultanément sous une tension électrique, ou différence de potentiel électrique non-nulle aux bornes de la cellule (2) est supérieure à 10 ou 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.The power relative to the electric current simultaneously under an electric voltage, or non-zero electric potential difference at the terminals of the cell (2) is greater than 10 or 50 kiloWatts. According to one of the aspects of the invention, the power relative to the electric current and to the electric charge conveyed when passing through the cell is greater than the ratio of 1 Joule per 100 microseconds or 2 Joules per 40 microseconds, i.e. i.e. greater than 10 or 50 kiloWatts.

De manière classique, cette puissance est évaluée par l’intermédiaire de l’énergie, cette dernière étant calculée par l’intermédiaire de celle de la charge Q, elle-même étant calculée par la mesure de l’aire délimitée par la courbe de courant mesurée en fonction du temps.Conventionally, this power is evaluated via the energy, the latter being calculated via that of the load Q, itself being calculated by measuring the area bounded by the current curve measured as a function of time.

On a ajouté sur la une courbe 26 qui montre le courant obtenu par le circuit de la , duquel la cellule 2 est retirée.We added on the a curve 26 which shows the current obtained by the circuit of the , from which cell 2 is removed.

Ainsi la courbe 26 correspond à un circuit RLC classique dans lequel la capacité se décharge dans l’inductance L et la résistance R.Thus curve 26 corresponds to a conventional RLC circuit in which the capacitance is discharged into the inductance L and the resistance R.

La cellule 2 ajoutée en série présente un niveau de résistance statique additionnelle, ce dernier étant du même ordre que le niveau de résistance du circuit 1 sans cellule 2, c’est-à-dire entre 10 et 15 milliOhms. Ainsi l’effet de la présence ou de l’absence de la cellule 2 dans le circuit 1 ne peut aucunement être confondu avec une incertitude de mesure sur la résistance du circuit puisque cela revient à varier du simple au double en résistance statique.Cell 2 added in series has an additional static resistance level, the latter being of the same order as the resistance level of circuit 1 without cell 2, i.e. between 10 and 15 milliOhms. Thus the effect of the presence or absence of cell 2 in circuit 1 cannot in any way be confused with a measurement uncertainty on the resistance of the circuit since this amounts to varying from simple to double in static resistance.

De manière tout à fait surprenante, l’ajout de la cellule 2 n’a pas pour effet de faire chuter le maximum de courant, comme on pourrait le prévoir (du fait de l’ajout d’une résistance), ni faire chuter l’ensemble du signal de courant par dissipation par effet Joule R.i².Quite surprisingly, the addition of cell 2 does not have the effect of causing the maximum current to drop, as one might expect (due to the addition of a resistor), nor does it cause the the entire current signal by dissipation by the Joule effect Ri ² .

Ceci est visible sur la courbe 25 qui présente, au contraire, un pic de courant supérieur au pic de courant de la courbe 26, cet écart entre pics étant ici de l’ordre de 440 ampères. Il est également visible un autre fait expérimental tout à fait remarquable, en ceci que vers 550 Ampères pour t = 3.5 microsecondes, en présence de la cellule 2 ajoutée au circuit 1, la même condition de tension appliquée par le même condensateur en cours de décharge donne lieu à une rupture de pente, ou un point anguleux, sur l’évolution du courant. Ainsi entre 550 ampères à t = 3.5 microsecondes et le pic de courant (où la dérivée de ce dernier s’annule), la caractérisation du régime transitoire du dispositif indique que tout se passe comme si un terme d’inductance négative avait subitement été introduit. Cela alors qu’entre le pic de courant et l’annulation du courant vers t = 50 microsecondes, le niveau global d’inductance qui caractérise le régime transitoire redevient identique à celui du circuit 1 sans cellule 2 ajoutée.This is visible on curve 25 which, on the contrary, shows a current peak higher than the current peak of curve 26, this difference between peaks here being of the order of 440 amperes. It is also visible another quite remarkable experimental fact, in that around 550 Amps for t = 3.5 microseconds, in the presence of cell 2 added to circuit 1, the same voltage condition applied by the same capacitor being discharged gives rise to a break in slope, or an angular point, on the evolution of the current. Thus between 550 amps at t = 3.5 microseconds and the current peak (where the derivative of the latter cancels out), the characterization of the transient state of the device indicates that everything happens as if a negative inductance term had suddenly been introduced. . This while between the current peak and the cancellation of the current around t = 50 microseconds, the overall level of inductance which characterizes the transient state becomes identical to that of circuit 1 without added cell 2.

En supplément, il est constaté une fourniture d'un excédent énergie telle que collectée par l’électrode du condensateur 11, opposée à l’électrode qui a fourni la charge initiale. Cela, comme visible par simple comparaison des aires entre les courbes 25 et 26 avant et après leur intersection vers t = 40 microsecondes, sans avoir besoin de faire de calcul de post-traitement des signaux de mesure. Ainsi on observe que, partant du régime transitoire 26, ajouter la cellule 2 occasionne d’abord un dépassement par le régime 25, sensiblement supérieur au rattrapage qui lui succède, lorsque c’est le régime 26 qui dépasse le régime 25 après t = 40 microsecondes. L’aire évaluée entre des courbes d’évolution temporelle de courants i25(t) et i26(t) fournissant par définition la différence de charge électrique véhiculée Qd, avec Qd = S(i25(t) – i26(t).dt.In addition, there is a supply of excess energy as collected by the electrode of capacitor 11, opposite to the electrode which supplied the initial charge. This, as visible by simple comparison of the areas between the curves 25 and 26 before and after their intersection around t=40 microseconds, without the need to perform any post-processing calculation of the measurement signals. Thus we observe that, starting from the transient regime 26, adding the cell 2 first causes an overrun by the regime 25, substantially greater than the catch-up which follows it, when it is the regime 26 which exceeds the regime 25 after t = 40 microseconds. The area evaluated between curves of time evolution of currents i25(t) and i26(t) providing by definition the difference in electric charge carried Qd, with Qd = S(i25(t) – i26(t).dt.

Sur la , la courbe 40 schématise l’énergie apportée par la décharge du condensateur 11, c’est une sorte d’axe de référence qui situe l’hypothèse d’une absence de toute perte d’énergie entre la condition initiale à t = 0 avant décharge, et la fin du régime transitoire mesuré. Sur ce graphe, l’axe des ordonnées à droite représente l’énergie en Joules liée aux charges électriques en jeu (alors que l’axe des ordonnées à gauche représente comme à la l’intensité du courant en Ampères).On the , the curve 40 schematizes the energy supplied by the discharge of the capacitor 11, it is a sort of reference axis which situates the hypothesis of an absence of any loss of energy between the initial condition at t=0 before discharge, and the end of the transient state measured. On this graph, the ordinate axis on the right represents the energy in Joules linked to the electrical charges in play (while the ordinate axis on the left represents, as on the the intensity of the current in Amperes).

Comme visible sur la en référence à la courbe 42, il est comptabilisé, restitué davantage d’énergie 1/2.Q²/C après le processus de décharge à travers la cellule 2, qu’avant que commence cette décharge. Cette cellule 2 se trouve ainsi être active au sens de fournisseuse d’énergie lorsqu’elle est convenablement excitée : un excédent apparaît (ici de 2 Joules par impulsion de 50 microsecondes), comparativement à ce qui peut être fourni via les électrodes 5 connectées aux électrodes du condensateur dans leur état d’avant l’amorçage par impulsion de courant à accroissement temporel de niveau suffisant.As seen on the with reference to curve 42, more energy 1/2.Q²/C is counted and returned after the discharge process through cell 2 than before this discharge begins. This cell 2 thus happens to be active in the sense of supplying energy when it is suitably excited: an excess appears (here of 2 Joules per pulse of 50 microseconds), compared to what can be supplied via the electrodes 5 connected to the electrodes of the condenser in their state of before starting by current impulse with temporal increase of sufficient level.

En référence à la figure 41, il est visible que pour le régime i(t) mesuré avec cellule 2, la comptabilisation des seules pertes R.i² dues à la résistance R de circuit, cela sans ajouter la résistance statique mesurée de la cellule 2 (qui est du même ordre que celle du circuit avant l’ajout de la cellule), aboutit à un déficit de 2 Joules, au lieu d’un excédent de 2 Joules quand on ajoute la cellule 2, et cela dans des conditions identiques de décharge capacitive et de mesure. Ce même déficit de 2 Joules en raison des pertes R.i², directement par mesure de régime de décharge sans cellule 2, se retrouve par ailleurs en post-traitement de la mesure correspondante. On en conclut que l’effet intrinsèque de l’introduction d’une cellule 2 convenablement excitée, dans ces mêmes conditions d’essai, revient à fournir, en introduction dans le dispositif, 4 Joules en 50 microsecondes.With reference to figure 41, it is visible that for the regime i(t) measured with cell 2, the accounting of the only losses R.i² due to the circuit resistance R, this without adding the measured static resistance of cell 2 (which is of the same order as that of the circuit before the addition of the cell), results in a deficit of 2 Joules, instead of an excess of 2 Joules when the cell 2 is added, and this under identical conditions of capacitive discharge and measurement. This same deficit of 2 Joules due to the losses R.i², directly by measurement of the discharge rate without cell 2, is also found in post-processing of the corresponding measurement. It is concluded that the intrinsic effect of the introduction of a suitably excited cell 2, under these same test conditions, amounts to supplying, when introduced into the device, 4 Joules in 50 microseconds.

Les phénomènes à l’œuvre pour obtenir l’excédent sont repris ci-après.The phenomena at work to obtain the surplus are listed 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, are formed, in fact, non-linear transmission lines (NLTL) with Josephson junctions operating as parametric traveling wave current amplifiers (TWPA), by 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, there is a JJP loop operating in the microwave regime at the end, it is then conducive to the generation of photons by parametric excitation producing the dynamic Casimir effect DCE, i.e. say a production from vacuum fluctuations 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 of the terminal NLTL, TWPA, and JJP string pieces are excited by the application of an electrical pulse in hundreds of Volts or Amps per microprobe, with a front sufficiently abrupt for the frequency content of the pulse has harmonics up to high levels, and which makes them suitable for exciting series-connected Josephson Junction chains and 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 water/activated graphite mixture, and give rise to an extraction of electrons located in their conduction band, this under the action of photon energy generated from parametric vacuum excitation, 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 which already crosses the medium made up of paste containing (water - grains of graphite - grains of SiC) of cell 2.

Ainsi est mise en place et activée une boucle de rétroaction positive, avec :

un apport de courant avec suffisamment d’accroissement temporel lors de l’amorçage (étape 100 de la ) qui peut être effectué notamment par décharge d’un condensateur,
une amplification paramétrique de courant à travers les multiples chaînes de jonctions Josephson agencées en lignes NLTL (étape 101 de la ) avec effet TWPA si l’apport de courant initial a été fait avec suffisamment d’accroissement temporel,
une génération de photons en les terminaisons à boucles JJP des chaînes de jonctions Josephson (étape 102) qui résulte de l’étape (101),
et qui donne lieu à une extraction d’électrons libres (étape 103) délivrés en un courant d’intensité supplémentaire (étape 104) établi sous la différence de potentiel existant préalablement entre les deux électrodes,
ce courant supplémentaire se trouvant lui-même amplifié paramétriquement dans l’étape 101
et ainsi de suite, repartant de cette étape 101, pour aboutir à un fonctionnement de dispositif 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.

Thus, a positive feedback loop is set up and activated, with:

a supply of current with a sufficient increase in time during priming (step 100 of the ) which can be carried out in particular by discharging a capacitor,
a parametric amplification of current through the multiple chains of Josephson junctions arranged in NLTL lines (step 101 of the ) with TWPA effect if the initial current supply was made with a sufficient increase in time,
a generation of photons at the JJP loop terminations of the Josephson junction chains (step 102) which results from step (101),
and which gives rise to an extraction of free electrons (step 103) delivered in a current of additional intensity (step 104) established under the potential difference previously existing between the two electrodes,
this additional current being itself parametrically amplified in step 101
and so on, starting again from this step 101, to end up with an operation of the device which is self-powered for a period of a few tens of microseconds, that is to say with continuous amplification during this period, until that its limit corresponding to the cancellation of the increase in current, that is to say the reaching of the peak current level, is reached.

D'où, à l'issue d'une impulsion électrique individuelle, il apparait un excédent d'électrons sortant (comptabilisés en la charge totale Qs) vers une électrode de condensateur, comparativement à la quantité d'électrons entrant (charge totale Qe) et, en conséquence, un excédent d'énergie pour Qs²/(2.C) comparativement à l'énergie Qe²/(2.C).Hence, at the end of an individual electric pulse, there appears a surplus of electrons leaving (counted in the total charge Qs) towards a capacitor electrode, compared to the quantity of electrons entering (total charge Qe) and, consequently, an energy surplus for Qs²/(2.C) compared to the energy Qe²/(2.C).

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 par circuit électronique, 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.Hence, then, comes the possibility, via control by electronic circuit, of linking these individual pulses into trains of pulses, the same unit excess of the order of a few Joules for a few tens of microseconds, amounting to expressing, in steady state, an exploitable excess power, of the order of a few tens of kiloWatts, for a desired duration, for example seconds, minutes or hours.

La présente invention sert comme source d’énergie électrique pour alimenter le moteur de propulsion ou traction électrique d’un véhicule, terrestre, aérien, maritime ou spatial.
The present invention serves as a source of electrical energy to power the electric propulsion or traction motor of a land, air, sea or space vehicle.

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Claims

Energy converter device (1) capable of supplying electrical energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, in particular a land, air, sea or space vehicle, this device comprising:

a cell (2) comprising a first material (3) made of graphite grains, made to have granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and coupling by Josephson junctions between superconducting regions occurring for at least a 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 copper, placed in electrical contact with the cell, so as to ensure passage of electric current through the entire cell when the device is put into operation,

energy converter device 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 as pulse 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 JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or the two junctions, belongs to an end of a chain Josephson junctions connected in series, these loops being capable of producing parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to 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 a source of additional 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 which crosses the cell (2), this additional current being in its turn subject to parametric amplification when it passes in the chains of Josephson junctions connected in series.

Converter device according to Claim 1, in which the first material (3) with granular superconducting behavior at its interfaces comprises graphite grains having a characteristic size of 10 microns, these graphite grains remaining mixed with pure water after having been stirred beforehand for a predetermined period, for example of the order of 24 hours.

Converter device according to one of the preceding claims, in which the excess electrical charges provided by the device (1) allows the quantity of electrical energy recovered at the output of this device to be greater than the quantity of energy entering by the electrodes (5) in the device, over a predetermined operating cycle.

Converter device according to one of the preceding claims, in which the electric current which passes through the cell (2) has a damped periodic variation.

Device according to one of the preceding claims, in which 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.

Device according to one of the preceding claims, in which the outgoing electrical current pulse (ia) has a maximum intensity greater than 100 Amps, or even 1,000 Amps or even 1,500 Amps, in particular an intensity greater than 2,000 Amps, this maximum possibly being between 2500 and 3000 amperes in particular, and in which the outgoing electrical current pulse (ia) has in absolute value a rising slope greater than 100 amperes per microsecond, or even 500 or 1000 amperes per microsecond.

Device according to one of the preceding claims, in which the electric current entering the cell comes from an electric source external to the cell, for example an electric storage source such as a capacitor (11), and the electric current leaving of the cell (2) carries an amount of electrical energy greater than the amount of energy carried by the incoming electrical current, for a predetermined cycle.

Device according to one of the preceding claims, arranged so that a single external supply is made to the cell (2) from an external voltage source, such as a battery or a capacitor, or from an external current source driven by increasing of predetermined slope, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses procured by the effect of the previous excitations going back to the initial excitation, the only one coming from an external source.

Device according to the preceding claim, in which the cell (2) is connected to a static power switch such as a thyristor (10) or an IGBT transistor, this switch being arranged to control a discharge of a capacitor or an increase in predetermined slope of the current in the cell, with discharge pulses of 10 to 200 microseconds each.

Device according to the preceding claim, arranged so that, when starting up this device, the capacitor (11) is recharged only once at the start, its subsequent recharges being maintained, taking place by excess current generated by the cell during each discharge, in particular to at least 100 V and at least 100 A simultaneously.

Device according to one of the preceding claims, in which, during electrical operation, the first material (3) is placed between the electrodes which are metallic, in particular copper, 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 (3, 4) in an incorporation into an aqueous gel.

Device according to one of the preceding claims, in which the cell (2) has at least one dimension greater than 1 cm.

Process for converting energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, this process comprising the steps:

providing a cell (2) comprising a first material (3) made of graphite grains, made to have granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions at these interfaces between superconducting regions, this superconducting and coupling behavior by junctions Josephson between superconducting regions occurring for at least a 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,
ensure a passage of electric current through the entire cell when the device is put into operation, using two electrodes, for example copper, placed in contact with the cell,

process 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 as pulse 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 JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or the two junctions, belongs to an end of a chain Josephson junctions connected in series, these loops being capable of producing parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons from these excitations,
converting by internal photoelectric effect, using the second semiconductor material (4), the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional 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 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.

Method according to the preceding claim, in which the operation initiating the supply of excess electricity is carried out by applying to the cell an internal electric field 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, or by an increase in current with a predetermined slope, in particular greater than 100 amperes per microsecond.

Method according to claim 13, in which a predetermined external energy supply is made to the cell (2) 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 procured by the effect of previous excitations going back to the initial excitation, the only one to come from an external source.