Parler de l’électricité dans l’air n’est peut-être plus un signe de tension ambiante, mais une habitude courante de tous les jours comme l’eau qui coule du robinet.
Bien que le développement des objets connectés évolue, il reste un domaine où le sans-fil n’a pas encore pu s’établir, celui de la puissance. Aujourd’hui, tout objet connecté, destiné au grand public et aux entreprises, doit pouvoir envoyer et recevoir des informations sans être connecté à un câble . Le Wi-Fi ou la connexion à un réseau cellulaire (3G, 4G) pour partager des informations semble être la condition préalable à tout développement. Cet échange sans fil et le développement de fonctions puissantes dans des objets aussi petits qu’un grain de sable font de l’alimentation électrique un défi technique pour les concepteurs et place ce problème au centre de l’expérience utilisateur.
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Comment ça marche ? Quelles sont les techniques qui permettent de transmettre l’alimentation sans fil ? Quelles sont les applications disponibles et peuvent-elles être développées ?
Plan de l'article
Objectif Illimité
Tout d’abord, demandons les possibilités de transmission de puissance sans fil. Les premières applications qui pourraient naturellement venir à l’esprit sont les petits objets qui accompagnent nos vies. La connexion d’appareils pour les charger est aujourd’hui une tâche que nous réalisons tous, le rituel quotidien de l’utilisateur de smartphone. L’optique de chargement de nos smartphones sans avoir à les connecter semble passionnante, surtout si elle se connecte à l’émetteur d’alimentation à proximité est aussi simple que de se connecter à un terminal Wi-Fi. Bientôt, nous n’aurons plus à démêler les câbles car les techniques de transmission sans fil les plus avancées aujourd’hui s’attaquent à la faible électronique puissance.
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Toutefois, les applications de transmission de puissance sans fil sont aussi nombreuses que l’utilisation de périphériques nécessitant une source d’alimentation. L’utilisation généralisée de l’alimentation sans fil permettrait de résoudre des problèmes dans de nombreux domaines. La recharge automatique des véhicules électriques limiterait le coût de distribution des bornes de recharge, dans le secteur des transports et plus généralement dans la Smart City. En médecine, un patient portant un stimulateur cardiaque peut ne plus avoir besoin de l’utiliser pour charger les batteries de son appareil. Dans l’industrie, le fonctionnement de la batterie pourrait être miniaturisé. Le système sans fil pourrait également être une option pour les situations d’urgence, pour amener l’électricité dans les zones éloignées ou sinistrées.
En plus des gains d’utilisation, la transmission de puissance dématérialisée présente un avantage significatif : réduire l’impact environnemental. En fin de compte, pouvoir alimenter continuellement un appareil, être mobile, signifie limiter l’utilisation de batteries et, par conséquent, l’endettement environnemental important associé à cette utilisation.
Différentes approches technologiques
Induction électromagnétique
Le passage des informations sans fil à l’alimentation sans fil nécessite un changement de paradigme : ajouter une couche de transmission de puissance en plus des informations électromagnétiques de transmission. La volonté d’arrêter le cordon d’alimentation n’est pas nouvelle. Pendant longtemps, nous avons pu transmettre une faible puissance sur de courtes distances. La bobine à induction, une formidable invention du XIXe siècle, a déjà permis de transférer de l’électricité dans l’air entre deux bobines non connectées.
Le principe est le suivant : un courant électrique circule dans une bobine, ce qui est le rôle d’un émetteur. Ce courant électrique induit un champ magnétique autour de cette bobine émettrice. L’appareil à alimenter porte une bobine de réception qui, une fois insérée dans le champ magnétique, transforme l’énergie du champ en courant électrique. Ce courant électrique induit, dont l’intensité dépend d’un certain nombre de paramètres (qualité initiale, couplage, etc.), est utilisé pour alimenter l’équipement1. Ce processus est exactement le même que celui utilisé pour charger le téléphone via un chargeur à induction. Il s’agit de la première étape pour passer à l’ensemble du réseau sans fil.
Bien que ce processus de transmission soit bien connu et constitue un point de départ intéressant, l’induction magnétique souffre de son caractère localisé Schéma : Principe de charge par induction , avec le champ magnétique permettant la transmission de puissance nécessairement orientée dans une direction et difficile à utiliser plusieurs appareils en même temps.
Exemple d’utilisation : technologie Bombardier Primove
La technologie Primove développée depuis 2010 par Bombardier et protégée par de nombreux brevets permet de charger des tramways électriques à induction magnétique. L’équipement de chargement est enterré dans les stations de tramway et permet de fournir le laminoir sans contact, surtout au moment de l’accélération, qui consomme beaucoup d’énergie. L’induction permet au tramway de fonctionner sans l’installation et l’entretien de chaînes, ce qui simplifie le développement de l’espace urbain. Cette technologie est déjà utilisée pour alimenter des trains à Nankin, en Chine et à Augsbourg en Allemagne2.
Schéma de fonctionnement d’un tramway électrique Primove
Des techniques plus récentes permettent la puissance d’un appareil sans fil tout en maintenant la mobilité pendant la charge , ce qui permet de déplacer la transmission de puissance. Ces technologies sont prometteuses car elles facilitent l’utilisation partagée de la source d’alimentation et sont a priori plus faciles à configurer qu’un dispositif de transmission de puissance à induction.
La transmission sans fil de puissance par ondes radiofréquences (ou micro-ondes) s’effectue en trois phases : l’émission d’une onde qui apporte l’énergie à transmettre, la propagation de cette onde, la réception et la conversion de l’onde en courant électrique exploitable. Ce principe de transmission est basé sur le fait qu’une onde se propage dans le vide en conservant l’énergie à partir de laquelle elle est chargée, cette énergie diminue en fonction du milieu passé par la vague.
Une technique derrière les projets de centrales solaires orbitales
Une expérience réussie dans le domaine de la transmission de puissance par ondes radio remonte à 2008 : John Mankins, un ancien scientifique de la NASA, a réussi à transmettre 20 W, soit une puissance suffisante pour alimenter une petite ampoule LED, sur 148 km entre deux îles hawaïennes. distance qui représente l’épaisseur de l’atmosphère terrestre.
Cette expérience soutient ainsi les nombreux projets de développement de centrales solaires orbitales, ce qui vous permet de transmettre l’énergie capturée par les panneaux solaires qui orbitent notre belle planète sur Terre. Théoriquement, un moyen optimal d’utiliser l’énergie solaire pour alimenter est de contourner les contraintes liées à l’utilisation de panneaux solaires au sol, tout en réduisant les risques. associés à nos méthodes de production d’électricité.
Schéma opérationnel d’une centrale solaire orbitale L’Agence spatiale chinoise (CAST) a déjà lancé son programme d’énergie solaire spatiale (SBSP) et prévoit de lancer sa première commercialisation en 2050, avec le début de la phase d’essai en 2025, afin de répondre aux besoins énergétiques exponentiels du pays. 4 Après l’envoi et la conversion micro-ondes à plus de 55 mètres, agence spatiale japonaise, JAXA, Il a également travaillé depuis 1998 pour lancer un prototype d’un système solaire en orbite géostationnaire et espère lancer en 2040.
Toutefois, étant donné le coût des lancements multiples d’orbites nécessaires à l’assemblage d’une centrale solaire, la clé du développement de cette source d’énergie doit être dans le domaine privé. Le fournisseur d’électricité californien PG&E a déjà signé un partenariat commercial avec la start-up Solaren, pionnière en son genre, développant des centrales solaires orbitales plus légères, transmission de l’énergie des panneaux solaires orbitaux vers des récepteurs terrestres qui injecteront de l’énergie récupérée dans le réseau des fournisseurs.
L’électricité sans fil va bientôt attaquer notre quotidien
Si la recharge sans fil n’a pas encore pénétré nos usages, c’est peut-être le cas plus rapidement que nous ne pouvions l’imaginer. Les entreprises, les startups et les grands groupes travaillent déjà au développement des meilleures technologies d’alimentation sans fil et à créer les conditions de leur croissance.
La société américaine Energous, pionnière de l’industrie, a mis en œuvre la technologie Watt Up, lui permettant de générer un champ où tout appareil électronique doté d’un récepteur approprié peut se recharger. Dans ce « champ électrique » transférés avec une portée de 4 à 5 mètres, les appareils sont chargés en déplacement, à partir des ondes générées par un émetteur d’ondes radiofréquences. Les microrayons d’énergie sont émis par l’émetteur et associés aux ondes radiofréquences émises dans toutes les directions. Les antennes du récepteur capturent les ondes émises et l’énergie associée, et le récepteur convertit toutes les poches d’alimentation capturées en électricité suffisante pour recharger l’appareil mobile. Le défi technologique consiste à générer des ondes chargées suffisamment d’énergie pour charger efficacement les appareils électroniques, tout en limitant la puissance transmise afin de minimiser les risques potentiels d’utilisation.
Le prochain problème économique de la modification de la consommation d’énergie des appareils électroniques est évidemment important dans l’horizon stratégique des entreprises technologiques. En ce sens, l’alliance Air Fuel, qui comprend de nombreux grands fabricants d’électronique et de télécommunications (Samsung, Qualcomm, Sony, STMicroelectronics, etc.), ainsi que des entreprises innovantes du secteur (Witricity, Powersphyr, Energous, etc.) vise à accélérer l’adoption de l’alimentation sans fil protocoles de transmission Tout charger à la maison en même temps ? La solution proposée par Energous . L’organisme agit comme un précurseur de la normalisation des techniques d’alimentation sans fil, assurant par la certification les exigences de fiabilité et d’interopérabilité des produits mis sur le marché.
Les produits sur le marché qui permettent la recharge par induction intègrent déjà ces critères, mais tombent toujours dans le gadget étant donné le coût et le gain d’utilisation qui ne sont pas encore utilisés. Optimum aujourd’hui. Cependant, les dernières innovations dans ce domaine, présentées cette année au CES de Las Vegas, pourraient marquer un point de vue percée dans la perception de la charge sans fil. La start-up Wi-Fi, décernée par le prix Innovation dans la catégorie Smart Energy, propose un appareil qui permet de charger automatiquement des appareils électroniques équipés d’un récepteur à un coût inconnu, mais annoncé à des prix abordables.
Interopérabilité plus rentable, promesse de charge Wi-Fi
Loin de la science-fiction, les applications potentielles de la transmission de puissance sans fil vont de l’utilisation quotidienne de nos appareils au transport jusqu’à la transmission d’électricité sur de très longues distances. La possibilité d’avoir une « connexion Wi-Fi électrique » pour recharger ses appareils électroniques est magnifique et constitue une réalité abordable à moyen terme. Au-delà du changement d’utilisation causé par ce mode de transmission de l’énergie, les parties prenantes de l’industrie anticipent déjà cette (r) évolution en créant des structures de développement pour intégrer les nouvelles technologies dans les équipements existants. Avant que les câbles de charge et les lignes haute tension ne disparaissent, le coût et la réglementation devront s’adapter pour permettre au marché d’exploser, tant pour l’utilisateur particulier que pour la création de nouvelles chaînes de valeur industrielles.
