• Leur étude montre qu’en exploitant les propriétés des champs électriques, il est possible de surpasser les limites des systèmes traditionnels basés sur les champs magnétiques.
• Cette innovation ouvre la voie à des applications variées, des implants médicaux aux véhicules électriques, tout en promettant une plus grande flexibilité et des performances énergétiques inégalées.
Nikola Tesla, l’inventeur du système de courant polyphasé, est surtout connu pour sa contribution concernant l’induction et d’autres types de machines à courant alternatif. Il a également déposé des brevets et publié des notes publiées sur la transmission d’énergie sans fil à l’échelle mondiale. Ce fantasme technologique, s’il se concrétisait, bouleverserait le fonctionnement des objets connectés professionnels ou domestiques et impacterait l’industrie, l’électronique et d’autres secteurs. Si un système de transmission d’énergie à l’échelle mondiale est loin d’être d’actualité, des chercheurs coréens de l’Université nationale de science et de technologie d’Ulsan (Unist) ont développé une technologie baptisée ERWPT (Electrical Resonant Wireless Power Transfer – transfert d’énergie électrique sans fil par résonance). Leur objectif est de surmonter les limites des approches traditionnelles basées sur les champs magnétiques, en rendant le transfert d’énergie plus flexible, efficace et accessible pour de nombreuses applications.
Le transfert de puissance non radiatif atteint jusqu’à 50 watts avec une efficacité de 46% sur une distance de 2 mètres
De fait, les technologies actuelles, comme le transfert d’énergie sans fil à résonance magnétique (MRWPT : Magnetically Resonant Wireless Power Transfer), présentent des limites importantes car elles dépendent fortement de l’alignement spatial entre les émetteurs et les récepteurs. De fait les champs magnétiques supposent qu’il y ait deux pôles opposés pour fonctionner. Les lignes du champ magnétique sont fermées sur elles-mêmes : elles quittent le pôle nord pour revenir au pôle sud et cela suppose un alignement parfait. Les chercheurs indiquent dans leur article de recherche que « l’absence de propriétés monopôles magnétiques affecte directement la sensibilité de l’efficacité de transfert de puissance (PTE) à l’arrangement du récepteur ». Ce problème restreint les applications pratiques dans les environnements où la précision d’alignement est difficile à garantir.
Une approche novatrice : l’ERWPT
Pour contourner ces limitations, les chercheurs d’Ulsan ont mis au point une technologie exploitant les champs électriques. Contrairement aux champs magnétiques, les champs électriques peuvent se comporter comme des monopôles, ce qui leur confère un avantage fondamental en supprimant les besoins d’alignement. Cette innovation repose sur une bobine bifilaire ouverte fonctionnant à une fréquence résonante. Les résultats expérimentaux sont inédits : « Le transfert de puissance non radiatif atteint jusqu’à 50 watts avec une efficacité de 46% sur une distance de 2 mètres », contre quelques dizaines de cm voire 1m pour les champs magnétiques. L’ERWPT se distingue par sa capacité à rester efficace même lorsque la position du récepteur varie latéralement. Les tests ont montré que « malgré des asymétries liées à l’emplacement de la charge, le système permet un transfert sur une distance de 2,05 mètres, avec une efficacité homogène ». Cependant, le positionnement le long de l’axe vertical (z) peut influencer la fréquence de résonance, ce qui représente une marge d’amélioration pour les applications futures.
Un impact multisectoriel
L’ERWPT pourrait changer la donne dans de nombreux domaines grâce à ses capacités uniques.
- Les implants médicaux, par exemple, pourraient être rechargés sans avoir besoin d’une précision chirurgicale dans l’alignement des dispositifs.
- Les véhicules électriques pourraient être rechargés en mouvement, et les appareils électroniques portables pourraient bénéficier d’une alimentation constante sans fil.
- Des applications pourraient concerner des processus industriels complexes nécessitant des alimentations multiples, et entraîner des remaniements complets de la conception des lignes de production.
Cette technologie présente une efficacité énergétique et une flexibilité inégalée par rapport aux approches traditionnelles, rapportent les auteurs de l’étude. En exploitant les propriétés intrinsèques des champs électriques, elle surmonte les obstacles historiques des systèmes basés sur les champs magnétiques : « La liberté d’arrangement offerte par l’ERWPT ouvre de nouvelles opportunités pour des systèmes adaptatifs et efficaces. »
Sources :
Arrangement Free Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Electrical Resonances (en anglais)
Université nationale de science et de technologie d’Ulsan
