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Une ampoule alimentée sans fil
Des chercheurs du MIT ont montré qu'il est possible d'alimenter sans fil une ampoule de 60 watts située à environ deux mètres d'une source d'alimentation. À l'aide d'une configuration remarquablement simple, constituée essentiellement de deux bobines métalliques, ils ont démontré, pour la première fois, qu'il est possible d'envoyer efficacement autant de puissance sur une telle distance. L'expérience ouvre la voie au chargement sans fil des batteries des ordinateurs portables, des téléphones portables et des lecteurs de musique, ainsi qu'à la coupure des cordons électriques des appareils ménagers, selon Marin Soljačić , professeur de physique au MIT, qui a dirigé l'équipe avec le professeur de physique Jean Joannopoulos .
Couper le cordon : Des chercheurs du MIT ont montré qu'il est possible d'alimenter sans fil une ampoule de 60 watts à deux mètres de distance. Au-dessus, une bobine (en arrière-plan) crée un champ magnétique capable de traverser un obstacle. La bobine de premier plan résonne à la fréquence du champ magnétique, captant son énergie pour alimenter l'ampoule.
La recherche, publiée dans l'édition du 7 juin de Science Express (la publication en ligne de La science magazine), est la démonstration expérimentale d'une théorie esquissée en novembre dernier par l'équipe du MIT. (Voir Charger des batteries sans fils.) Nous avions une grande confiance dans la théorie, dit Soljačić. Et l'expérience a en effet confirmé que cela fonctionnait comme prévu.
La configuration est simple, explique Andre Kurs, étudiant diplômé du MIT et auteur principal de l'article. Deux hélices de cuivre, d'un diamètre de 60 centimètres, sont séparées l'une de l'autre d'une distance d'environ deux mètres. L'un est connecté à une source d'alimentation - effectivement branchée sur un mur - et l'autre est connecté à une ampoule en attente d'être allumée. Lorsque l'alimentation du mur est allumée, l'électricité de la première bobine métallique crée un champ magnétique autour de cette bobine. La bobine attachée à l'ampoule capte le champ magnétique, qui à son tour crée un courant dans la deuxième bobine, allumant l'ampoule.
Ce type de transfert d'énergie est similaire à un phénomène bien connu appelé couplage magnétique inductif, utilisé dans les transformateurs de puissance. Cependant, le schéma du MIT est quelque peu différent car il est basé sur ce qu'on appelle le couplage résonant. Les bobines de transformateur ne peuvent transférer de l'énergie que lorsqu'elles sont distantes de quelques centimètres, et que les champs magnétiques ne s'affectent pas de la même manière. Pour que les chercheurs du MIT atteignent la portée de deux mètres, explique Soljačić, ils ont utilisé des bobines qui résonnent à une fréquence de 10 mégahertz. Lorsque le courant électrique traverse la première bobine, il produit un champ magnétique de 10 mégahertz ; puisque la deuxième bobine résonne à cette même fréquence, elle est capable de capter sur le terrain, même de relativement loin. Si la deuxième bobine résonnait à une fréquence différente, l'énergie de la première bobine aurait été ignorée.
L'approche des chercheurs, explique Soljačić, rend également le transfert d'énergie efficace. S'ils devaient émettre de la puissance à partir d'une antenne de la même manière que les informations sont transmises sans fil, la majeure partie de la puissance serait gaspillée car elle rayonne dans toutes les directions. En effet, avec la méthode utilisée pour transférer les informations, il serait difficile d'envoyer suffisamment d'énergie pour être utile à l'alimentation de gadgets. En revanche, les chercheurs utilisent ce qu'on appelle l'énergie non radiative qui est liée près des bobines. Dans cette première démonstration, ils ont montré que le système peut transférer de l'énergie avec un rendement de 45 %.
Le transfert d'énergie sans fil est une idée vieille de plus de 100 ans. Dans les années 1890, le physicien et ingénieur électricien Nikola Tesla a proposé de diffuser de l'électricité dans l'air. Cependant, peu de temps après, les câbles électriques sont devenus le moyen communément accepté de transporter l'électricité sur de longues distances. Mais avec l'adoption généralisée de petits appareils portables avec des batteries nécessitant une recharge constante, l'attention des gens se tourne à nouveau vers l'alimentation sans fil. En effet, la startup Powercast , basée à Ligonier, PA, a, en utilisant une approche différente de celle de l'équipe du MIT, développé un système d'alimentation sans fil qui peut transmettre de faibles puissances sur une distance d'environ un mètre. Pour commencer, la société cible les appareils à faible consommation d'énergie, tels que les capteurs, mais elle espère passer à des gadgets plus gourmands en énergie à l'avenir.
Une préoccupation que les gens pourraient avoir, dit Sir John Pendry , professeur de physique à l'Imperial College de Londres, est ses effets sur la santé. Il y aura des problèmes de sécurité, réels ou imaginaires, dit-il. Après tout, le pouvoir doit traverser l'espace sous une forme ou une autre, et traverser tous les corps se trouvant sur son chemin. L'équipe [MIT] a minimisé ce problème en s'assurant que la puissance est principalement sous la forme d'un champ magnétique, une forme d'énergie à laquelle le corps est presque entièrement insensible.
Sur la base de calculs, Soljačić pense que le programme est sûr, même pour les personnes porteuses de dispositifs médicaux implantés, tels que les stimulateurs cardiaques. Bien que les chercheurs n'aient pas réalisé d'étude détaillée pour tester comment le système interfère avec les stimulateurs cardiaques, Soljačić dit qu'ils ne s'attendent pas à ce qu'il interagisse fortement avec des objets qui ne résonnent pas aux mêmes fréquences que celles utilisées pour transférer l'énergie.
À ce stade, l'équipe a déposé un certain nombre de brevets et envisage de commercialiser la technologie, bien que les chercheurs s'attendent à ce qu'il faille quelques années avant que les appareils dotés de tels systèmes d'alimentation sans fil ne parviennent aux consommateurs. En attendant, l'équipe explore différents matériaux et différentes géométries de bobines pour essayer d'étendre la portée et d'augmenter la puissance.