Transformateurs à état solide: L’avenir de l’électrification du réseau ?

Lorsque nous parlons du processus d’électrification qui envahit notre économie et nos industries, nous pensons principalement aux véhicules électriques, aux batteries, aux chargeurs rapides, aux énergies renouvelables, etc.

Mais en fin de compte, toutes ces nouvelles technologies reposent encore sur des conceptions assez anciennes pour la transformation de base de l’électricité à haute puissance provenant des centrales et des fermes solaires vers les niveaux utilisés dans les voitures, les foyers, les centres de données, les usines industrielles, etc.

La conception de base du transformateur moderne remonte à la fin du XIXe siècle, avec les premiers modèles commerciaux développés par William Stanley Jr. et ultérieurement raffinés à mesure que les systèmes d’alimentation en courant alternatif se sont développés, soutenus par Westinghouse et Nikola Tesla. Le principe fondamental — l’induction électromagnétique utilisant des noyaux en fer et des enroulements en cuivre — est resté largement inchangé pendant plus d’un siècle.

C’était une conception suffisante à l’époque où la seule fonction des transformateurs était d’amener un courant standardisé du réseau au niveau approprié dans des conditions relativement stables et prévisibles.

Mais aujourd’hui, alors que le réseau électrique et la production d’énergie deviennent plus décentralisés, et que la demande de qualité du courant se renforce, cela devient à peine suffisant.

Heureusement, les progrès réalisés dans les matériaux de l’industrie des semi-conducteurs ouvrent la voie à un nouveau type potentiel de transformateur : les transformateurs à état solide.

Le réseau centenaire: comment fonctionnent les transformateurs traditionnels

Principes techniques des transformateurs traditionnels

Comme expliqué, un transformateur est un dispositif qui reçoit en entrée un courant à une tension donnée et le convertit en une autre tension, soit plus basse, soit plus élevée. La capacité d’un transformateur classique et la transformation du courant sont fixées par le nombre d’enroulements en cuivre ou en aluminium autour du noyau en fer. Des composants supplémentaires tels que les disjoncteurs, les traversées, les fusibles et d’autres matériaux sont présents pour garantir le bon fonctionnement du transformateur.

Bien qu’inflexibles et encombrants, ce sont des machines très durables qui peuvent être utilisées pendant des décennies, voire un siècle complet. C’est également un grand secteur, avec un marché de 69 milliards de dollars en 2025, et une croissance prévue de 7,97 % CAGR jusqu’en 2034 pour atteindre 135,9 milliards de dollars.

Cependant, les transformateurs tels qu’ils sont fabriqués aujourd’hui restent des appareils relativement rudimentaires, utilisant une technologie ancienne inventée au début des années 1900. À mesure que nous dépendons de plus en plus de l’électricité pour le transport, la connectivité et d’autres applications modernes, cela peut devenir un problème, surtout que le réseau électrique ne repose plus uniquement sur quelques centrales massives, mais sur des sources renouvelables intermittentes et décentralisées.

“Un transformateur traditionnel en acier, cuivre et huile ne possède aucun système de surveillance, aucun contrôle. Dans les cas où l’électricité subit des surtensions ou qu’une centrale se déconnecte, cela peut constituer une responsabilité.”— Drew Baglino – Founder and CEO of solid-state transformer company Heron Power

Comment fonctionnent les transformateurs à état solide (SST)

C’est avec cette préoccupation en tête que les ingénieurs cherchent à réinventer les transformateurs. Au lieu du cuivre et du fer, ils se sont tournés vers de nouveaux matériaux utilisés dans les véhicules électriques et les semi-conducteurs, tels que le carbure de silicium et le nitrure de gallium.

Une autre différence fondamentale de conception est que les transformateurs à état solide (SST) ne sont pas constitués d’un seul bloc massif de fer et de cuivre, mais de nombreux modules plus petits assemblés. En conséquence, leur capacité peut être modifiée facilement, et tout point de défaillance peut être remplacé aisément.

Les SST diffèrent des transformateurs traditionnels sur plusieurs points techniques clés:

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Résoudre la pénurie mondiale d’approvisionnement en transformateurs

Un autre problème avec les transformateurs traditionnels est simplement qu’ils sont très difficiles à trouver récemment.

Alors que la demande de capacité supplémentaire du réseau électrique augmente en raison de l’électrification et de la construction de centres de données de plusieurs gigawatts, les compagnies d’utilité américaines s’efforcent de trouver suffisamment de transformateurs pour maintenir le réseau, voire l’améliorer davantage.

Un facteur clé est que le réseau électrique vieillit, et même un dispositif aussi robuste qu’un transformateur peut nécessiter un remplacement tous les 50 à 70 ans environ. Plus de la moitié des transformateurs de distribution américains, soit environ 40 millions d’unités, sont déjà au-delà de leur durée de vie prévue.

Associé à la hausse des prix des matières premières, notamment le cuivre, cela a entraîné une augmentation des prix des transformateurs de 45 % à 95 % depuis 2019, selon la catégorie.

“Les semi-conducteurs de puissance continuent de devenir moins chers. L’acier, le cuivre et l’huile, malheureusement, ne sont pas dans cette situation. Les prix des matières premières peuvent fluctuer partout, et ils augmentent généralement.”— Drew Baglino – Founder and CEO of solid-state transformer company Heron Power

Un facteur supplémentaire augmentant les coûts a été les tarifs sur l’acier étranger et d’autres métaux, souvent jusqu’à 50 % ou plus pour les pays fournissant la qualité de matériau requise pour les transformateurs, comme la Chine ou le Brésil.

Enfin, il n’y a pas eu suffisamment d’investissements pour augmenter l’offre de transformateurs, de nombreuses entreprises ayant même fermé au début des années 2000, en partie à cause d’un investissement trop faible dans le réseau par les compagnies d’utilité. Ainsi, la chaîne d’approvisionnement des transformateurs, y compris l’acier de qualité spéciale qu’ils nécessitent (acier électrique), n’est tout simplement pas disponible en quantités suffisantes.

Cependant, les transformateurs à état solide ne résoudront pas immédiatement le problème de coût des nouveaux transformateurs, même s’ils peuvent fournir une offre supplémentaire très nécessaire. En effet, pour l’instant, ils restent 5 à 10 fois plus chers que les transformateurs traditionnels.

Applications des SST: où les transformateurs à état solide gagnent

Centres de données IA et infrastructures à haute puissance

Pris dans leur ensemble, ces différences de capacité entre les anciens transformateurs et les transformateurs à état solide changent complètement leur mode d’utilisation.

Ils peuvent prendre en charge les tâches de nombreux dispositifs d’alimentation actuellement utilisés, en lissant simultanément les niveaux de puissance, en convertissant le courant alternatif en courant continu (ou inversement), en se connectant à la fois au réseau et aux batteries, etc.

Cela a fait des SST une option très attrayante pour les centres de données, qui rencontrent des problèmes d’alimentation bien plus complexes que ceux d’un utilisateur moyen. Par exemple, les SST peuvent éliminer le besoin de systèmes d’alimentation sans interruption (UPS) ainsi que la connexion au réseau national, aux parcs de batteries et à la production locale d’énergies renouvelables (puissance derrière le compteur) simultanément.

Les SST plus compacts permettent également d’économiser beaucoup d’espace dans un centre de données, libérant de la capacité pour davantage de racks informatiques ou de systèmes de support comme le refroidissement. Ainsi, les coûts supplémentaires s’accompagnent également d’économies supplémentaires pour des cas particuliers comme les centres de données, qui nécessitent bien plus qu’un simple transformateur traditionnel ne peut offrir.

“Si vous additionnez le coût de tout ce que nous avons éliminé, nous sommes à 60 % à 70 % de ce coût.”— Haroon Inam, co-founder and CEO of DG Matrix, told TechCrunch.

Pour l’instant, les centres de données ont été les premiers clients de cette nouvelle technologie, car ils apprécient sa flexibilité et sa compacité. De plus, cela leur permet de « sauter la file » pour les nouveaux transformateurs. Enfin, elle offre le type de stabilité énergétique qui nécessitait jusqu’à présent de lourds investissements ; par exemple, les transformateurs Heron Link peuvent fournir aux racks informatiques 30 secondes d’alimentation pendant que les sources de secours se mettent en marche.

Énergies renouvelables et stockage d’énergie du réseau

La plupart de la production d’énergie a été conçue autour du courant alternatif, car elle était initialement produite par une turbine tournante dans les centrales à charbon, à gaz ou hydroélectriques. Mais le photovoltaïque, qui devient une source dominante de production d’énergie, génère naturellement du courant continu, nécessitant des onduleurs pour le convertir d’abord en courant alternatif avant de l’envoyer au réseau.

Il en va de même pour les batteries, qui peuvent être connectées au réseau AC, mais qui nécessitent du courant continu à la fois en entrée et en sortie.

En conséquence, un transformateur à état solide capable d’assumer à la fois les fonctions d’un onduleur et d’un transformateur peut finir par coûter le même prix que deux systèmes standards séparés.

Recharge de véhicules électriques et support bidirectionnel

L’espace et l’empreinte globale de l’installation peuvent être des facteurs limitants pour les stations de recharge de véhicules électriques. À cet égard, la densité des SST pourrait devenir un avantage concurrentiel.

Comme les parcs de batteries, ils bénéficieront également de leur capacité à modifier la tension tout en remplissant la fonction d’un onduleur AC-DC.

Enfin, un transformateur à état solide dans une station de recharge pourrait les transformer en unités de stockage supplémentaires, le même dispositif pouvant alterner entre l’absorption d’énergie du réseau et la fourniture d’énergie à celui‑ci.

Pour l’instant, les conducteurs de véhicules électriques ne sont pas très enclins à jouer ce rôle de « batterie mobile ». Mais à l’avenir, les flottes de voitures autonomes pourraient augmenter leur rentabilité en « louant » leur capacité de stockage aux moments critiques, et en utilisant les stations de recharge et les SST comme moyen d’injecter de l’énergie dans le réseau pendant les heures de pointe.

Cette tendance deviendra également de plus en plus répandue à mesure que les packs de batteries des véhicules électriques deviendront plus durables, avec peu ou pas de dégradation due à des cycles de charge‑décharge plus fréquents.

L’avenir du réseau électrique intelligent

Pour l’instant, les SST sont simplement trop coûteux et nouveaux pour que les compagnies d’utilité les intègrent à leur réseau électrique.

Cependant, à long terme, ils pourraient apporter un changement radical à la gestion des réseaux électriques. Ils pourraient notamment réduire les coûts de transmission et de distribution, l’un des principaux contributeurs à l’inflation des factures d’énergie.

Cela s’explique par le fait que les transformateurs à état solide peuvent répondre aux conditions changeantes, permettant aux opérateurs du réseau d’envoyer davantage de puissance à travers les mêmes lignes, réduisant ainsi le besoin de nouvelles lignes malgré la croissance de la consommation d’énergie.

“Vous pouvez réellement rendre l’infrastructure plus abordable parce que vous faites passer davantage de kilowattheures à travers les mêmes poteaux et fils. C’est là que l’intelligence, à la place d’objets mécaniques passifs conçus il y a 100 ans, peut faire une grande différence.”— Drew Baglino – Founder and CEO of solid-state transformer company Heron Power

Il convient de noter que le carbure de silicium et d’autres semi-conducteurs pour les applications de puissance n’ont commencé à être produits en masse qu’il y a moins d’une décennie, grâce à l’essor des véhicules électriques. Il est donc logique qu’ils deviennent progressivement moins chers, à mesure que des méthodes de fabrication plus efficaces sont développées et que l’industrie intègre des économies d’échelle.

Très probablement, ce sera l’étape nécessaire pour que les compagnies d’utilité commencent à installer des transformateurs à état solide à grande échelle, ce qui engendrera alors une deuxième vague d’économies d’échelle.

Conclusion du marché des transformateurs à état solide

Les transformateurs à état solide restent une technologie très récente, à la recherche de leur première application de masse. Il semble qu’ils la trouvent lentement avec les centres de données, et de plus en plus avec les parcs photovoltaïques.

L’étape suivante sera d’augmenter la production et de démontrer en conditions réelles que cette conception de transformateurs peut être plus efficace, plus fiable et/ou finalement moins chère que les conceptions traditionnelles déjà établies.

Quelques startups ont promu les SST, dont Heron Power, fondée par un ancien dirigeant de Tesla, DG Matrix, axée sur les centres de données, et Amperesand, basée à Singapour mais disposant également de capacités aux États‑Unis.

Il reste à voir si ces startups, ou les géants établis de l’industrie électrique, domineront finalement ce marché, la réactivité des entreprises de transformateurs traditionnels face à ce changement technologique étant probablement le facteur clé à surveiller pour les investisseurs.

Investir dans les transformateurs à état solide: Eaton (ETN)

Eaton est un fournisseur majeur d’équipements électriques, classé n° 1 aux États‑Unis en équipements de conversion d’énergie, équipements électriques à basse et moyenne tension, ainsi qu’en hydraulique aérospatiale et pompes à carburant.

Il a généré 24 milliards de dollars de chiffre d’affaires en 2025, avec une croissance organique des ventes de 8 %; les Amériques constituent le plus grand segment de l’entreprise, les centres de données étant récemment devenus son segment client le plus important (près d’un quart de tous les revenus).

Cela place l’entreprise dans une position idéale pour profiter de la tendance à l’électrification, à la construction de centres de données, à la réindustrialisation (notamment les fonderies de semi‑conducteurs) et au développement des énergies renouvelables, au point que l’objectif déclaré de l’entreprise est:

“Nous serons la première société mondiale de gestion de l’énergie.”

Pour concrétiser cette ambition, l’entreprise a investi 1 milliard de dollars pour ajouter 2 millions de pieds carrés à sa capacité de production.

De plus, l’entreprise gère également une section « mobilité », répondant à la demande de transmissions et d’embrayages pour camions commerciaux (n° 1 en Amériques) et à la mobilité électrique.

Au total, 90 % de la rentabilité de l’entreprise en 2025 provenait des segments électriques et aérospatiaux.

Le segment aérospatial comprend la fourniture de composants clés aux avions civils et militaires tels que le F‑35, le Boeing KC‑46A, le Sikorsky CH‑53K, le Boeing 777X, le Boeing B737MAX, l’Airbus A350, l’Airbus A320NEO, etc. Il fournit également des composants pour des applications spatiales à SpaceX, Blue Origin, Ariane Group, Amazon, Eutelsat Group, etc.

Reflétant la demande croissante d’équipements électriques, le carnet de commandes d’Eaton a augmenté régulièrement tout au long des années 2020 pour atteindre un niveau record en 2025.

En août 2025, Eaton a acquis la société de transformateurs à état solide Resilient Power Systems pour 86 millions de dollars.

La startup disposait de conceptions pour des dépôts de recharge de véhicules électriques ultra‑compacts se connectant directement au réseau de distribution existant, tandis qu’Eaton voit d’autres perspectives de croissance dans les centres de données et le stockage d’énergie, où ses relations existantes pourraient aider à conclure davantage de contrats plus rapidement.

“Nous sommes ravis de rejoindre Eaton et croyons que nos équipes combinées, nos capacités et notre technologie de pointe soutiendront notre croissance continue dans de nouveaux produits et marchés, y compris les centres de données. Nos transformateurs à état solide ultra‑compacts peuvent améliorer l’efficacité énergétique, réduire le délai de mise sur le marché des projets et soutenir un réseau fiable.”— Resilient Co-Founder and Chief Executive Officer Tom Keister

Comme la plupart des entreprises de SST sont encore privées, la fusion de la technologie de Resilient Power Systems avec l’expérience, le réseau de vente et la capacité de production étendue d’Eaton semble être une bonne façon pour les investisseurs d’obtenir une exposition au secteur de la transformation de l’énergie dans son ensemble, sans risque de perturbation liée à l’arrivée de cette nouvelle technologie sur le marché, et en bénéficiant de celle‑ci à la place.

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