Quand nous parlons de la transmission sans fil d’énergie, nous faisons référence en réalité à la possibilité de transférer de l’énergie d’un objet à un autre pour alimenter ce dernier, mais sans qu’il y ait présence de fils ou d’autres matériaux qui peuvent établir un contact physique entre ces deux objets.
A la première lecture et réflexion sur cette définition il peut être difficile d’imaginer une application concrète en usage commun, mais en approfondissant l’enquête sur divers domaines technologiques proches de notre vie de tous les jours, on découvre rapidement que cette forme de transmission d’énergie est beaucoup plus répandue qu’on ne le pense.
Les phénomènes physiques actuellement les plus exploités pour transférer l’énergie d’un point à un autre sans utiliser des conducteurs métalliques traditionnels, sont représentés essentiellement par le champ électromagnétique et par la lumière sous la forme d’un faisceau laser.
Pour l’expliquer très brièvement: le premier est donné par le mouvement de charges électriques, tels que les électrons qui circulent dans un conducteur, tandis que le laser est le résultat d’un processus de concentration des différents rayons lumineux en un seul, techniquement défini par le terme collimater. Afin que, dans ce dernier cas, la lumière ne se disperse pas dans tous les sens, son énergie reste limitée dans un très petit espace qui se développe exclusivement dans la direction du laser.
Applications pratiques
Sur le plan pratique, la capacité des charges électriques en mouvement de produire des champs électromagnétiques est exploitée pour provoquer le mouvement des électrons, soit du courant électrique, présents dans un dispositif éloigné de la source du champ lui-même. Un exemple est donné dans les dispositifs de recharge à induction pour les batteries de téléphones portables ou d’autres mobiles isolés, mieux connu comme recharge sans fil. Ces produits, bien que non encore très répandus, sont pourtant appréciés pour les différents avantages qu’ils offrent contrairement au câble d’alimentation traditionnel. Tout d’abord, on ne risque pas d’abîmer avec le temps les interfaces de connexion entre le dispositif et la source d’énergie, puisque la charge a lieu, précisément, sans contact physique. Deuxièmement, la technologie utilisée pour réaliser ce système, en rien novateur, est sensiblement très simple et donc économique.
Les limites de recharge par induction
La limite principale de ce phénomène physique est constituée par l’impossibilité de transmettre de l’énergie à des distances supérieures à quelques centimètres. Pour augmenter cet ordre de grandeur, bien que restant toujours dans la zone de proximité, il faudrait des volumes d’énergie isolés et très grands, difficiles à adapter pour des usages économiques.
Par contre, le laser …
Le problème décrit n’afflige pas laser qui, par sa nature, est en mesure de couvrir une distance théoriquement illimitée. Cependant, le laser est aujourd’hui pas peu important pour le transfert d’énergie à distance, étant donné que, en présence d’atmosphère et, plus précisément, de vapeur d’eau, le rayon de lumière concentrée perd progressivement l’énergie qui est absorbée par les particules qu’il rencontre sur sa trajectoire. En principe, si la terre ne possédait pas la couverture nuageuse qui la caractérise, il serait possible de transférer l’énergie d’un point dans l’espace à la surface de la Terre sans difficulté. Cette possibilité a été en effet étudiée dans divers centres expérimentaux de physique, afin de comprendre la faisabilité technique effective de projets impliquant la construction de grandes centrales photovoltaïques géostationnaires capables d’envoyer l’énergie produite à un appareil de réception terrestre.
Mais pour en revenir à la terre ferme, les applications existantes actuellement qui profitent des propriétés du laser concernent principalement la transmission d’informations entre deux points éloignés, comme par exemple, c’est le cas de nombreux dispositifs optiques informatiques.
L’idée de pouvoir transférer sur la terre l’énergie provenant d’une source présente dans l’espace, en profitant du rayonnement solaire, beaucoup plus intense car non filtré par l’atmosphère terrestre, n’a pas été abandonnée pour autant, de sorte qu’elle reste un sujet d’étude et d’expérimentation dans diverses institutions à travers le monde.
Expériences de transmission d’énergie sans fil
Récemment, en mars 2015 le Japon a fait plusieurs expériences de transmission de l’énergie électrique sans fil, mais au lieu d’utiliser le laser qui justement posait le problème de perte de puissance face aux masses de vapeur d’eau, il a utilisé les micro-ondes. Exactement comme cela se passe dans des millions de fours à micro-ondes, l’énergie produite par le dispositif principal, le magnétron, est envoyée à l’aliment à chauffer sous forme de champ électrique alternatif à fréquence égale à 2,45 GHz. Le composant qui dirige l’énergie provenant du magnétron à la cible alimentaire, appelé le guide des ondes, c’est le dispositif sur lequel des travaux ont été engagés sur une grande échelle au centre de recherche japonais Mitsubishi, pour obtenir un faisceau d’énergie le plus concentré possible et orientable avec précision.
Des expériences menées à ce jour ont permis de transmettre par micro-ondes une puissance d’énergie de 10 kW à une distance d’environ 500 mètres. Ces tests ont pour objectif principal de trouver des solutions alternatives aux limites du laser dans la sphère terrestre, étant donné que les micro-ondes sont affectées dans une mesure considérablement réduite par le problème de l’absorption de l’énergie par la vapeur d’eau.
Le photovoltaïque spatial ?
Pour revenir à notre système photovoltaïque spatial, comme nous l’avons dit, il devrait y avoir une structure géostationnaire pour transmettre de façon fixe au sol, soit se positionner à une altitude d’environ 36.000 km de la surface de la terre. Si cette distance est couverte par un faisceau de micro-ondes, cela nécessiterait un appareil de réception sur le sol de taille de 3 km. Mais le principal problème, toujours en supposant que nous allons atteindre un jour une longueur similaire avec la même précision qu’avec les micro-ondes, est aussi représenté par la faible efficacité de conversion des ondes en énergie électrique et, bien sûr, le rendement encore imparfait des panneaux photovoltaïques hypothétiquement montés sur l’émetteur de la station spatiale pour la conversion de l’énergie solaire en énergie électrique.
Une autre application intéressante qui pourrait exploiter les micro-ondes pour transmettre l’énergie à distance se compose du système de transmission d’énergie à partir de parcs éoliens offshore sur la terre ferme. Aujourd’hui, la limite de cette technologie de production d’énergie renouvelable par le vent est de ne pas pouvoir s’éloigner trop de la côte, entre autres, à cause des coûts énormes associés aux travaux de câblage marin et des pertes d’énergie qui en découlent.