L’électricité sans fil est un rêve aussi vieux que l’électricité elle-même. Comment ça fonctionne ? Quelles applications existent ?
L’électricité sans fil est un rêve aussi vieux que l’électricité elle-même. On ne parle pas ici de recharger son téléphone par induction, mais de transmettre l’électricité sur de longues distances, afin de se passer des lignes haute tension et des pylônes disgracieux.
Comment ça marche ? Quelles sont les techniques qui permettent la transmission de puissance sans fil ? Quelles applications existent et pourront être développées ? Les possibilités sont illimitées. Et c’est pour demain.
Pas le temps de tout lire ? Clique pour aller directement à la partie qui t’intéresse le plus :
→ L’histoire et la science de la transmission d’énergie sans fil
→ Transmission solaire par satellite
→ Transmission de puissance par micro-ondes
→ L’énergie sans fil est déjà une réalité concrète en Nouvelle-Zélande
→ Quelques autres initiatives révolutionnaires de transmission d’énergie sans fil
L’électricité sans fil est un rêve vieux de 100 ans qui pourrait bien se transformer en réalité dans les années à venir. L’avènement de la recharge sans fil, des véhicules électriques, de la 5G et la nécessité d’une plus grande durabilité ont conduit à une poussée en faveur du développement d’une technologie de transmission d’électricité sans fil pleinement opérationnelle dans différentes parties du monde.
De l’entreprise américaine Wave Inc. à Space Power Technologies, basée au Japon, en passant par la startup néo-zélandaise Emrod, spécialisée dans l’énergie, un certain nombre d’entreprises travaillent actuellement sur la technologie de transmission d’énergie sans fil. Des tests sur le terrain ont également commencé pour certains systèmes, et il sera intéressant de voir qui arrivera (dans les mois et années à venir) en tête de cette course pour offrir au monde une solution d’électricité sans fil efficace, économique et viable.
L'histoire et la science de la transmission d'énergie sans fil
Avant d’aborder les différentes initiatives et les approches révolutionnaires concernant l’électricité sans fil, il est important de comprendre son origine et le concept sous-jacent à cette technologie qui en fait un choix fiable pour les besoins futurs en énergie.
En 1891, l’inventeur serbo-américain Nikola Tesla a conçu la bobine Tesla, un dispositif unique fonctionnant sur le principe de la résonance électrique et capable de transmettre l’électricité sans fil. Cependant, la bobine ne pouvait conduire l’électricité sans fil que sur de courtes distances et, en raison de son potentiel limité, elle ne s’est pas avérée être une application pratique pour le transfert d’électricité sans fil.
Tesla a toujours été obsédé par son idée d’énergie sans fil, et dans les années qui suivirent, il travailla à la construction d’une station d’énergie capable d’effectuer des transmissions d’énergie sans fil (Wireless Power Transmission) à haute tension. Grâce à cette expérimentation, Tesla visa à transmettre des messages sans fil sur de longues distances, en utilisant soit une série de tours stratégiquement positionnées, soit un système de ballons suspendus.
Il construisit une station de transmission sans fil à Long Island (appelée la tour Tesla ou Wardenclyffe) qui, selon lui, pourrait démontrer que la transmission d’électricité sans fil à longue distance est possible. Malheureusement, l’investisseur J.P. Morgan a refusé de le suivre dans son aventure, et le projet fut stoppé en 1906, puis démoli.
Nikola Tesla est peut-être mort en 1943 en laissant son rêve d’électricité sans fil inachevé, mais au cours des 100 dernières années, un certain nombre d’expériences et d’études ont prouvé que l’inventeur de génie était peut-être sur la bonne voie dans son approche consistant à utiliser la terre au lieu des fils comme moyen de transmission de l’énergie sans fil.
Aujourd’hui, diverses méthodes de transmission d’énergie sans fil sont mises au point et des recherches sont en cours pour les mettre en œuvre à grande échelle.
Transmission solaire par satellite
Il s’agit d’une méthode prometteuse qui implique l’utilisation de satellites à énergie solaire placés en orbite terrestre haute. Le satellite convertit la lumière du soleil en énergie ; cette énergie est composée de micro-ondes. Ces signaux micro-ondes seraient ensuite transmis à une antenne au sol ou à une station de réseau principal.
De là, les signaux sont transférés à une station servant de base, qui convertit les micro-ondes en courant continu. À la station du réseau, l’électricité serait également convertie en paquets d’énergie, similaires aux paquets de données Internet, qui seraient transmis aux maisons individuelles et stockés dans un récepteur d’énergie.
Récemment, Caltech a annoncé que Donald Bren, membre du conseil d’administration et propriétaire de la société d’investissement immobilier Irvine Company, fera don de 100 millions de dollars au projet d’énergie solaire spatiale de Caltech (SSPP). Ce projet ambitieux vise à établir un réseau d’énergie sans fil basé sur des satellites et des micro-ondes, qui pourrait fournir de l’énergie de manière constante n’importe où sur terre.
Transmission de puissance par micro-ondes
Dans cette méthode, le rayonnement micro-ondes est transformé en courant électrique continu à l’aide d’un récepteur à micro-ondes et d’un redresseur de courant continu. Le rendement le plus élevé atteint avec la transmission d’énergie par micro-ondes était de 84%, enregistré en 1975 par une équipe au Japon, mais les systèmes avec une puissance de sortie plus élevée ont eu des rendements plus faibles. Le prochain objectif serait de parvenir à un transfert d’énergie à haute efficacité sur de longues distances.
Des recherches publiées en août 2021 à l’université de Tsukuba, au Japon, révèlent que le rayonnement micro-ondes à haute énergie peut servir de source d’énergie sans fil efficace pour le lancement de fusées dans l’espace. Lorsqu’une fusée est envoyée dans l’espace, le carburant représente environ 90% de son poids, cette charge peut être éliminée par l’utilisation de cette technologie d’énergie sans fil basée sur les micro-ondes.
Transmissions laser
Les convertisseurs DC-to-laser les plus efficaces se sont avérés être des diodes laser à l’état solide, comme celles utilisées commercialement dans les communications laser à fibre optique et en espace libre. La transmission par laser permet à un récepteur photovoltaïque de recevoir des faisceaux laser et de générer de l’énergie électrique à partir de ces derniers. Le mérite de la transmission d’énergie par laser est que les faisceaux laser peuvent être contrôlés plus facilement pour la transmission électrique sans fil à longue distance.
L'énergie sans fil est déjà une réalité concrète en Nouvelle-Zélande
La startup Emrod va bientôt tester un prototype d’infrastructure énergétique sans fil en Nouvelle-Zélande. Si l’essai est concluant, le gouvernement néo-zélandais donnera un sérieux coup de pouce à ses projets de transmission d’énergie sans fil dans tout le pays.
Emrod a conçu une technologie unique de télé-énergie qui utilise un réseau sans fil d’antennes et de rectennas (antennes redresseuses) transportant l’énergie sous forme d’ondes électromagnétiques à longue portée d’un point à un autre. Dans un premier temps, l’électricité est conduite via les antennes sous la forme d’un faisceau non ionisant, ayant une fréquence équivalente aux ondes radio.
Selon la société, un « rideau de sécurité laser à faible puissance garantit que le faisceau de transmission s’arrête immédiatement avant qu’un objet transitoire (tel qu’un oiseau ou un hélicoptère) puisse atteindre le faisceau principal, de sorte qu’il ne touche jamais rien d’autre que de l’air pur ».
Emrod affirme que cette technologie est bien adaptée au terrain montagneux de la Nouvelle-Zélande et peut résister aux conditions météorologiques variables de la région. La technologie de transfert d’électricité sans fil basée sur des rectennas est également considérée comme une aubaine pour les zones où les réseaux électriques traditionnels ne peuvent être installés en raison de restrictions financières ou géographiques.
Bien que le projet soit soutenu par le gouvernement néo-zélandais, le PDG d’Emrod, Greg Kushnir, prévoit que les gens pourraient s’opposer à l’électricité sans fil de la même manière qu’ils sont sceptiques à l’égard de la technologie 5G. Il estime que le véritable défi associé à ce projet est de garantir aux gens que l’électricité sans fil d’Emrod n’entraîne aucun rayonnement nocif.
Emrod possède également un bureau à Boston, et il est fort possible que le prochain projet d’électricité sans fil de l’entreprise ait lieu aux États-Unis.
Quelques autres initiatives révolutionnaires de transmission d'énergie sans fil
La nouvelle décennie du XXIe siècle exige des solutions énergétiques propres et illimitées. L’électricité sans fil, qui constitue une excellente alternative aux sources d’énergie traditionnelles, a le potentiel de révolutionner le secteur des énergies propres. C’est également la raison pour laquelle de nombreux développements intéressants ont lieu dans le segment WPT :
- Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE) est une entreprise technologique américaine qui fabrique des solutions d’énergie sans fil pour les véhicules électriques de moyenne et grande puissance. Les systèmes de charge fournis par Wave peuvent être installés sous terre, sous les routes ou dans les aires de stationnement, et sont capables de fournir une énergie sans fil allant jusqu’à 1 mégawatt. De récents rapports suggèrent que le prochain camion semi-remorque électrique de Tesla pourrait utiliser la techno de recharge sans fil par induction de Wave pour répondre à ses besoins en énergie.
- Beyond Earth est un institut de recherche à but non lucratif qui propose une vision pour l’établissement d’un système de transmission d’énergie solaire par satellite entièrement fonctionnel. L’institut affirme que le système sans fil proposé pourrait alimenter des applications industrielles sur terre ainsi que des opérations humaines sur la lune.
Le système énergétique proposé comprendrait deux unités principales : un satellite solaire spatial qui recevrait l’énergie du soleil et la traiterait par le biais de ses sous-unités photovoltaïques, concentrateurs et WPT, et un récepteur à antenne rectangulaire qui transmettrait l’énergie à la terre ou à la lune en fonction des besoins. L’institut recommande l’achèvement du système d’alimentation sans fil par satellite proposé d’ici 2030.
- Le ministère des transports de l’Indiana (INDOT) s’est associé à l’université de Purdue et au cimentier allemand Magment pour tester des routes en ciment magnétique qui pourraient recharger les véhicules électriques pendant qu’ils y circulent. Dans un premier temps, Purdue effectuera des tests en laboratoire pour confirmer la viabilité des routes magnétisées proposées.
Une fois l’approbation de l’université obtenue, une route d’essai de 400 mètres sera construite à l’aide du ciment magnétique de Magment, puis des essais sur route seront effectués avec des camions de 200 kW. Si les tests s’avèrent concluants, l’État utilisera cette technologie pour développer des routes publiques.
Ce projet de recharge sans fil sur terre fait partie de l’initiative ASPIRE (Advancing Sustainability through Power Infrastructure for Road Electrification), soutenue par la National Science Foundation et de nombreux autres instituts publics et privés.
- WiTricity, une entreprise américaine, travaille également sur une technologie de parking et de charge qui vise à charger les véhicules électriques via des résonateurs magnétiques pendant que les véhicules sont garés.
Avec l’IoT et l’IA, la transmission d’énergie sans fil est un développement technologique inévitable que l’humanité découvrira à un tout autre niveau dans les années à venir.
Pour aller plus loin :
→ « WiTricity », mot-valise pour « wireless electricity » sur Wikipédia
→ L’électricité sans fil, un vieux rêve devenu réalité sur Slate
→ Eric Giler fait une démonstration d’électricité sans fil sur TED.com