En 2007 et 2008 des annonces surprenantes nous viennent du M.I.T. (« Massachusetts Institute of Technology ») puis d'Intel : la mise au point d'une transmission sans fil de l'énergie électrique laisse entrevoir la possibilité d'alimenter nos objets portables favoris en les utilisant simplement dans la pièce où le système d'émission-réception de l'énergie est installé ( gamme des 100 W ) .
Cette WiTricity © ( mot valise composé de Wi[reless] et [Elec]Tricity ) , est-ce la réapparition d'un vieux serpent de mer ou une véritable application technologique des «champs proches» ?
La transmission de l'énergie sans fil est l'objet de recherches depuis plus de 115 ans. (Je pense aux travaux de Nikola Tesla à la fin du du XIXème siècle ) .
La méthode de transfert de puissance la plus connue est la radiation électromagnétique ( ondes radios , champs de radiation ou champs éloignés ) . Toutefois l'efficacité de cette méthode est extrêmement basse, car l'émission est omnidirectionnelle et la majorité de l'énergie diffusée est gaspillée. L'approche directionnelle ( effet laser ) n'est pas une approche acceptable non plus, car il ne doit pas exister d'interposition entre la source d'énergie et l'appareil récepteur , sans parler des risques pour biologique.
L'article de l'équipe du Pr. Marin Soljačić parait dans Science Express le 7 juin 2007 . Il est repris dans Science le 6 juillet 2007[1] .
Les chercheurs du MIT (« Massachusetts Institute of Technology ») ont fait en 2007 une démonstration réussie qui n'est pas vraiment spectaculaire. Ils ont été capables d’allumer une ampoule de 60 Watts à partir d’une source d’électricité placée à plus de deux mètres de distance, sans qu’il y ait de connexion physique entre la source et l’appareil. L'alimentation électrique est assurée par une antenne émettrice se trouvant à 2 mètres de l'antenne receptrice .
Ils ont utilisé, comme émetteur et comme récepteur, 2 enroulements de cuivre en galette de 50 cm de diamètre (nommés S et D et alignés coaxialement) , structurés pour qu'ils restent en résonance ensemble dans la gamme des fréquences électromagnétiques de 10 Mhz ( Radiofréquences RF ) . L'une des galettes est accordée par induction à un générateur RF (oscillateur Colpitts de 400 W) avec une simple boucle de cuivre de 25 cm de rayon nommée A , l'autre est accordée à une simple boucle qui se referme sur les contacts de l ' ampoule électrique de 60 W. L'installation allume l'ampoule même si les enroulements en galette sont séparés par un panneau bois ou de polystyrène. Les chercheurs prévoient de miniaturiser l'installation, suffisamment pour une utilisation commerciale, dans les 3 à 5 ans.
Ci-dessous présentation de l'expérience pour Intel :
Ce système, qui repose en fait sur un transformateur haute fréquence dont les enroulements primaire et secondaire sont éloignés, est connu depuis toujours mais personne n’avait réussi jusqu’à présent à lui conférer un niveau d’efficacité suffisant pour transférer des puissances réellement utiles.
Le principe de l’expérience est similaire à celui d’un transformateur «en air» : deux bobines de cuivre, l’une d’elles alimentée en courant . Sous l’effet du courant, se crée un champ magnétique, qui induit alors un courant dans l'autre bobine placée à proximité. La différence ici est l’utilisation du phénomène de résonance pour augmenter la distance à laquelle le couplage magnétique peut être transmis.
A une distance inférieure à la longueur d'onde de l'émetteur, le champ émis est presque uniquement magnétique. ( La longueur d'onde est inversement proportionnelle à la fréquence - Pour une fréquence de 10 Mhz la longueur d'onde est courte).
Le MIT a concentré son attention sur un type particulier de résonance : la résonance à couplage magnétique .
L’interaction porte uniquement sur le champ magnétique non radiatif de la première bobine ( «champs proches »), et non sur l’émission des ondes électromagnétiques (« champs éloignés »). La transmission n’est que faiblement perturbée par la présence d’objets entre les bobines, et resterait peu nocive pour l’environnement immédiat.
Le Dr. Aristeidis Karalis prétend que « L' induction magnétique classique, non-résonante, serait environ 1 million de fois moins efficace dans notre système »
Le nature résonante du procédé assure un couplage fort entre l'antenne émettrice et l'antenne réceptrice, alors que l'interaction avec le reste de l'environnement est faible. La portée est limitée, plus encore avec de petits récepteurs.Toutefois le transfert d'énergie est suffisant (gamme des 100 W ) pour alimenter un ordinateur portable dans une pièce. Comme la Wi-Electricité fonctionne dans les champs proches électromagnétiques, les appareils récepteurs ne doivent pas être éloignés de l'émetteur de plus du 1/4 de la longueur d'onde.
Cette WiTricity © ( mot valise composé de Wi[reless] et [Elec]Tricity ) , est-ce la réapparition d'un vieux serpent de mer ou une véritable application technologique des «champs proches» ?
La transmission de l'énergie sans fil est l'objet de recherches depuis plus de 115 ans. (Je pense aux travaux de Nikola Tesla à la fin du du XIXème siècle ) .
La méthode de transfert de puissance la plus connue est la radiation électromagnétique ( ondes radios , champs de radiation ou champs éloignés ) . Toutefois l'efficacité de cette méthode est extrêmement basse, car l'émission est omnidirectionnelle et la majorité de l'énergie diffusée est gaspillée. L'approche directionnelle ( effet laser ) n'est pas une approche acceptable non plus, car il ne doit pas exister d'interposition entre la source d'énergie et l'appareil récepteur , sans parler des risques pour biologique.
Les annonces
L'article de l'équipe du Pr. Marin Soljačić parait dans Science Express le 7 juin 2007 . Il est repris dans Science le 6 juillet 2007[1] .
« En utilisant des enroulements auto-résonants fortement couplés, nous avons démontré le transfert efficace de la puissance non radiative [ champs proches ] sur des distances supérieures à 8 fois le rayon des enroulements. Nous avons été capables de transférer 60 watts avec 40 % d'efficacité sur des distances de près de 2 mètres. Nous présentons dans cet article un modèle [mathématique ] décrivant le transfert de puissance, qui concorde à 5% près avec les résultats expérimentaux . Une miniaturisation du système pourrait se faire dans les 3 à 5 ans».
(Intel Developper Forum - IDF 2008 - à San Francisco )
Dans le New York Times du 20-08-2008 , le journaliste John Markoff fait paraitre un article [2]où il apparait qu' Intel le fondeur de microprocesseurs, aurait repris l'idée du MIT dans un de ses laboratoires. L'équipe d'Intel
décrit son système comme le « maillon de l'énergie résonante sans fil» : cela s'écrit WREL pour Wireless Resonant Energy Link.
« Cette technologie pourra être intégrée dans les tables et les surfaces de travail» a annoncé Justin Rattner (chef de cette technologie chez Intel) « Un appareil spécialement adapté en tirera immédiatement son
alimentation .» Les chercheurs d' Intel pensent créer un système qui pourrait rendre possible la recharge d'un ordinateur portable sans fil.
Le projet de recherche est dirigé par Joshua R. Smith , un chercheur d' Intel au laboratoire de la firme à Seattle, qui travaille à partir de ce qu'a élaboré Marin Soljačić au MIT ( les champs magnétiques résonants et l'induction résonante ). Il y a débat interne pour appliquer cette technologie aux condensateurs qui pourraient être rechargés bien plus vite que par les batteries.
Photo / Aristeidis Karalis
Dans le New York Times du 20-08-2008 , le journaliste John Markoff fait paraitre un article [2]où il apparait qu' Intel le fondeur de microprocesseurs, aurait repris l'idée du MIT dans un de ses laboratoires. L'équipe d'Intel
décrit son système comme le « maillon de l'énergie résonante sans fil» : cela s'écrit WREL pour Wireless Resonant Energy Link.
« Cette technologie pourra être intégrée dans les tables et les surfaces de travail» a annoncé Justin Rattner (chef de cette technologie chez Intel) « Un appareil spécialement adapté en tirera immédiatement son
alimentation .» Les chercheurs d' Intel pensent créer un système qui pourrait rendre possible la recharge d'un ordinateur portable sans fil.
Le projet de recherche est dirigé par Joshua R. Smith , un chercheur d' Intel au laboratoire de la firme à Seattle, qui travaille à partir de ce qu'a élaboré Marin Soljačić au MIT ( les champs magnétiques résonants et l'induction résonante ). Il y a débat interne pour appliquer cette technologie aux condensateurs qui pourraient être rechargés bien plus vite que par les batteries.
Les expériences
Les chercheurs du MIT (« Massachusetts Institute of Technology ») ont fait en 2007 une démonstration réussie qui n'est pas vraiment spectaculaire. Ils ont été capables d’allumer une ampoule de 60 Watts à partir d’une source d’électricité placée à plus de deux mètres de distance, sans qu’il y ait de connexion physique entre la source et l’appareil. L'alimentation électrique est assurée par une antenne émettrice se trouvant à 2 mètres de l'antenne receptrice .
Ils ont utilisé, comme émetteur et comme récepteur, 2 enroulements de cuivre en galette de 50 cm de diamètre (nommés S et D et alignés coaxialement) , structurés pour qu'ils restent en résonance ensemble dans la gamme des fréquences électromagnétiques de 10 Mhz ( Radiofréquences RF ) . L'une des galettes est accordée par induction à un générateur RF (oscillateur Colpitts de 400 W) avec une simple boucle de cuivre de 25 cm de rayon nommée A , l'autre est accordée à une simple boucle qui se referme sur les contacts de l ' ampoule électrique de 60 W. L'installation allume l'ampoule même si les enroulements en galette sont séparés par un panneau bois ou de polystyrène. Les chercheurs prévoient de miniaturiser l'installation, suffisamment pour une utilisation commerciale, dans les 3 à 5 ans.
Photo / Aristeidis Karalis
Ci-dessous présentation de l'expérience pour Intel :
Les explications données
Ce système, qui repose en fait sur un transformateur haute fréquence dont les enroulements primaire et secondaire sont éloignés, est connu depuis toujours mais personne n’avait réussi jusqu’à présent à lui conférer un niveau d’efficacité suffisant pour transférer des puissances réellement utiles.
Le principe de l’expérience est similaire à celui d’un transformateur «en air» : deux bobines de cuivre, l’une d’elles alimentée en courant . Sous l’effet du courant, se crée un champ magnétique, qui induit alors un courant dans l'autre bobine placée à proximité. La différence ici est l’utilisation du phénomène de résonance pour augmenter la distance à laquelle le couplage magnétique peut être transmis.
A une distance inférieure à la longueur d'onde de l'émetteur, le champ émis est presque uniquement magnétique. ( La longueur d'onde est inversement proportionnelle à la fréquence - Pour une fréquence de 10 Mhz la longueur d'onde est courte).
Le MIT a concentré son attention sur un type particulier de résonance : la résonance à couplage magnétique .
L’interaction porte uniquement sur le champ magnétique non radiatif de la première bobine ( «champs proches »), et non sur l’émission des ondes électromagnétiques (« champs éloignés »). La transmission n’est que faiblement perturbée par la présence d’objets entre les bobines, et resterait peu nocive pour l’environnement immédiat.
Le Dr. Aristeidis Karalis prétend que « L' induction magnétique classique, non-résonante, serait environ 1 million de fois moins efficace dans notre système »
Le nature résonante du procédé assure un couplage fort entre l'antenne émettrice et l'antenne réceptrice, alors que l'interaction avec le reste de l'environnement est faible. La portée est limitée, plus encore avec de petits récepteurs.Toutefois le transfert d'énergie est suffisant (gamme des 100 W ) pour alimenter un ordinateur portable dans une pièce. Comme la Wi-Electricité fonctionne dans les champs proches électromagnétiques, les appareils récepteurs ne doivent pas être éloignés de l'émetteur de plus du 1/4 de la longueur d'onde.
Les interrogations
- Bien évidement, la question du risque sur la santé se pose. Réponse du Pr Marin Soljačić : « Le corps humain ne répond vraiment qu'aux champs électriques, c'est pourquoi vous pouvez cuire un poulet au micro-onde. Mais dans l'état actuel de nos connaissances, le corps a une réaction presque totalement nulle face aux champs magnétiques, en termes de quantité d'énergie absorbée. ».
- La communauté scientifique est peu prolixe sur ce sujet ( un article Will Stewart[3]) .
- La communauté des Tesla Coilers ( qui connaissent bien ces problèmes d'induction électromagnétique) reste très sceptique sur le terme de «percée scientifique» .
Liens complémentaires
- Electricité sans fil ni batterie
- Wireless energy transfer ( sur Wikipedia en anglais )
References
- André Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, J. D. Joannopoulos, Peter Fisher, Marin Soljačić -Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances -, Science 6 July 2007, Vol. 317. no. 5834, pp. 83 - 86
- John Markoff, - Intel Moves to Free Gadgets of Their Recharging Cords - , The New York Times August 20, 2008
- Will Steward - Applied : Physics : The Power to Set You Free - Science , vol 317 , n° 5834 , pp 55-56.
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