Quel est le rôle de l’électricité dans notre vie quotidienne ?

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Parler d’électricité dans l’air ne sera bientôt plus un signe de tension ambiante, mais une habitude quotidienne aussi banale que l’eau qui coule du robinet.

Bien que le développement des objets connectés évolue, il existe toujours un domaine dans lequel le sans fil n’a toujours pas réussi à s’imposer, celui de la puissance. Aujourd’hui, tout objet connecté, destiné au grand public comme aux entreprises, doit pouvoir envoyer et recevoir des informations sans être connecté à un fil . Le Wi-Fi ou la connexion à un réseau cellulaire (3G, 4G) pour partager des informations semble être la condition sine qua non de tout développement. Cet échange sans fil et le développement de fonctions puissantes dans des objets aussi petits qu’un grain de sable font de l’alimentation en électricité un défi technique pour les concepteurs, et placent cette question au cœur de l’expérience utilisateur.

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Comment cela fonctionne-t-il ? Quels sont les techniques qui permettent la transmission de puissance sans fil ? Quelles applications existent et peuvent être développées ? Energystream vous dit tout !

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Portée illimitée

Voyons d’abord les possibilités offertes par la transmission d’énergie sans fil. Les premières applications qui pourraient nous venir naturellement à l’esprit concernent les petits objets qui accompagnent nos vies. Brancher vos appareils pour les recharger est désormais une tâche que nous faisons tous, le rituel quotidien de l’utilisateur du smartphone. L’optique de charger nos smartphones sans avoir à les brancher semble excitante, surtout si la connexion à un émetteur de puissance à proximité est aussi simple que la connexion à un point d’accès Wi-Fi. Bientôt, nous n’aurons plus besoin de démêler les câbles, car les techniques de transmission de puissance sans fil les plus avancées actuelles traitent de l’électronique basse consommation.

Néanmoins, les applications résultant de l’alimentation sans fil les transmissions sont aussi nombreuses que l’utilisation d’appareils nécessitant une source d’alimentation. L’utilisation généralisée de l’alimentation sans fil répondrait à des problèmes qui existent dans une grande variété de domaines. La recharge automatique des véhicules électriques permettrait de limiter les coûts de déploiement des bornes de recharge, dans le domaine des transports et plus généralement dans la Smart City. En médecine, il se peut qu’un patient portant un stimulateur cardiaque n’ait plus besoin d’être opéré pour recharger les piles de son appareil. Dans l’industrie, les appareils fonctionnant sur batteries pourraient être miniaturisés. Tous les réseaux sans fil pourraient également être une option en cas d’urgence, pour fournir de l’énergie électrique dans des zones éloignées ou sinistrées.

Outre les gains d’utilisation, la transmission de puissance dématérialisée présente un avantage considérable : la réduction de l’impact environnemental . En fin de compte, être capable d’alimenter en continu un appareil tout en étant mobile signifie limiter l’utilisation des batteries et, par conséquent, la d’importants emprunts environnementaux associés à cette utilisation.

Différentes approches technologiques

Induction électromagnétique

Le passage de l’information sans fil à l’alimentation sans fil nécessite un changement de paradigme : ajouter une couche de transmission de puissance en plus de la transmission électromagnétique des informations. La volonté de couper le cordon électrique n’est pas nouvelle. Depuis longtemps, nous avons pu transmettre une faible puissance sur de courtes distances. La bobine d’induction, formidable invention du XIXe siècle, permettait déjà de transférer de l’énergie électrique entre deux bobines non connectées, dans l’air.

Le principe est le suivant : un courant électrique circule à travers une bobine, ce qui est le rôle d’émetteur. Ce courant électrique induit un champ magnétique autour de cette bobine émettrice. L’appareil à fournir avec , porte une bobine réceptrice qui, une fois placée dans le champ magnétique, transforme l’énergie du champ en courant électrique. Ce courant électrique induit, dont l’intensité dépend d’un certain nombre de paramètres (intensité initiale du courant, qualité du couplage, etc.), est utilisé pour alimenter l’appareil.1 Ce processus est exactement le même que celui utilisé pour charger votre téléphone, via des chargeurs à induction. Il s’agit de la première étape vers la technologie sans fil.

Bien que cette méthode de transmission soit bien connue et constitue un point de départ intéressant, l’induction magnétique souffre de son caractère localisé Diagramme : principe de charge par induction , le champ magnétique permettant la transmission de puissance étant nécessairement orienté dans une direction, et difficile. à utiliser simultanément par plusieurs appareils.

Exemple d’utilisation : la technologie Primove de Bombardier

La technologie Primove développée depuis 2010 par Bombardier et protégée par de nombreux brevets permet le rechargement des tramways électriques par induction magnétique. L’équipement de chargement est enterré dans les stations de tramway et permet d’alimenter le laminoir sans contact, en particulier au moment de l’accélération, qui consomme beaucoup d’énergie. L’induction permet de faire fonctionner le tramway sans l’installation et la maintenance de caténaires, ce qui simplifie le développement de l’espace urbain. Cette technologie est déjà utilisée pour alimenter des trains de Nankin, en Chine, et d’Augsbourg en Allemagne2.

Ondes radiofréquence Schéma de fonctionnement d’un tramway électrique utilisant la technologie Primove

D’autres techniques plus récentes permettent d’alimenter un appareil sans fil tout en conservant sa mobilité pendant la charge, en délocalisant l’ alimentation transmission. Ces techniques sont prometteuses car elles facilitent l’utilisation partagée de la source d’énergie et sont a priori plus simples à mettre en œuvre qu’un dispositif de transmission de puissance par induction.

La transmission de puissance sans fil par ondes radiofréquences (ou micro-ondes) se fait en trois étapes : l’émission d’une onde transportant l’énergie à transmettre, la propagation de cette onde, la réception et la conversion de l’onde en courant électrique utilisable. Ce principe de transmission repose sur le fait qu’une onde se propage dans un vide en conservant l’énergie avec laquelle elle est chargée, cette énergie s’atténuant en fonction du milieu parcouru par l’onde.

Une technique à la base des projets de centrales solaires orbitales

Une expérience concluante de transmission d’énergie par ondes radio remonte à 2008 : John Mankins, un ancien scientifique de la NASA, a réussi à transmettre 20 W — assez de puissance pour alimenter une petite ampoule LED — sur 148 km, entre deux îles hawaïennes 3. Mankins a pu transmettre de l’énergie sur une distance de transmission qui représente l’épaisseur de l’atmosphère terrestre.

Cette expérience soutient les nombreux projets de développement de centrales solaires orbitales, permettant de transmettre sur Terre l’énergie captée par des panneaux solaires en orbitation autour de notre belle planète. En théorie, une façon optimale d’utiliser l’énergie solaire pour alimenter en énergie est de contourner les contraintes liées à l’utilisation des panneaux solaires sur le sol, tout en réduisant les risques associés à nos méthodes de production d’énergie.

Schéma de fonctionnement d’une centrale solaire orbitale L’Agence spatiale chinoise (CAST) a déjà lancé son programme SBSP (Space-based Solar Power) et prévoit une première commercialisation en 2050, avec le début de la phase de test dès 2025, pour répondre aux besoins énergétiques exponentiels du pays. et en convertissant l’électricité par micro-ondes sur 55 mètres, l’agence spatiale japonaise JAXA travaille également depuis 1998 au lancement d’un prototype de centrale solaire en orbite géostationnaire et espère un lancement en 2040.

Néanmoins, étant donné le coût des lancements sur orbite multiples nécessaires à l’assemblage d’une centrale solaire, la clé du développement d’une telle source d’énergie devrait être du domaine privé. Le fournisseur d’énergie californien PG&E a déjà signé un partenariat commercial avec la start-up Solaren, pionnière du genre, qui développe des centrales solaires orbitales plus légères, transmettant l’énergie des panneaux solaires en orbite vers des récepteurs terrestres qui injecteront l’énergie récupérée dans le réseau du fournisseur.

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L’électricité sans fil va bientôt attaquer notre quotidien

Si la recharge sans fil n’a pas encore pénétré nos usages, cela pourrait être le cas plus rapidement que nous Je pourrais l’imaginer. Les entreprises, les start-ups et les grands groupes travaillent déjà à développer les meilleures technologies d’alimentation sans fil et à créer les conditions de leur développement.

La société américaine Energous, pionnière dans le secteur, a mis en œuvre la technologie Watt Up, qui permet de générer un champ dans lequel tout appareil électronique équipé d’un récepteur adapté peut se recharger. Dans ce « champ électrique » relocalisé d’un rayon de 4 à 5 mètres, les appareils se rechargent en déplacement, à partir des ondes générées par un émetteur d’ondes radiofréquence. Des microfaisceaux d’énergie sont émis par l’émetteur et associés à des ondes radiofréquences transmises dans toutes les directions. Les antennes du récepteur captent les ondes émises ainsi que l’énergie associée, et le récepteur convertit toutes les poches d’énergie capturées en courant électrique suffisant pour recharger l’appareil mobile. Le défi technologique consiste à générer des ondes suffisamment chargées en énergie pour pour charger efficacement les appareils électroniques, tout en limitant la puissance transmise afin de minimiser les risques potentiels d’utilisation.

Le défi économique qui attend un changement de la consommation d’énergie pour les appareils électroniques est évidemment majeur dans l’horizon stratégique des entreprises technologiques. En ce sens, l’alliance Air Fuel, qui regroupe de nombreux grands fabricants d’électronique et de télécommunications (Samsung, Qualcomm, Sony, STMicroelectronics, etc.) ainsi que des entreprises innovantes du secteur (Witricity, Powersphyr, Energous, etc.) vise à accélérer l’adoption de l’alimentation sans fil protocoles de transmission Rechargez tout à la maison en même temps ? La solution proposée par Energous . L’organisation agit comme un précurseur dans la normalisation des techniques d’alimentation sans fil, garantissant par la certification les exigences de fiabilité et d’interopérabilité des produits mis sur le marché.

Les produits sur le marché permettant la recharge par induction intègrent déjà ces critères, mais entrent tout de même dans le champ d’application du gadget étant donné le coût et le gain d’utilisation qui ne sont pas encore optimaux aujourd’hui. Les dernières innovations dans ce domaine, présentées au CES de Las Vegas plus tôt cette année, pourraient cependant marquer un tournant dans la perception de la recharge sans fil. La start-up Wi-Charge, récompensée par l’Innovation Award dans la catégorie Smart Energy, propose un appareil permettant la recharge automatique d’appareils électroniques équipés d’un récepteur à un coût encore inconnu, mais annoncé abordable.

Interopérabilité et coût plus abordable, promesse du Wi-Fi

Loin de la science-fiction, les applications potentielles de la transmission d’énergie sans fil vont de l’utilisation quotidienne de nos appareils au transport à la transmission d’électricité sur de très longues distances. Le la possibilité d’avoir un « Wi-Fi électrique » pour recharger vos appareils électroniques apparaît bien et comme une réalité accessible à moyen terme. Au-delà du changement d’utilisation provoqué par ce mode de transmission d’énergie, les acteurs du secteur anticipent déjà cette (r) évolution en créant les structures de développement permettant d’intégrer la nouvelle technologie dans les équipements existants. Avant que les câbles de recharge et les lignes à haute tension ne disparaissent, le coût et la réglementation devront s’adapter pour permettre au marché d’exploser, que ce soit pour l’utilisateur individuel ou pour la création de nouvelles chaînes de valeur industrielles.

Références :

1 http://science.sciencemag.org/content/317/5834/83.full

2 http://primove.bombardier.com/projects.html

3 https://www.eenews.net/stories/68862

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http://www.xinhuanet.com/english/2016-03/07/c_135164574.htm 5 http://www.renewableenergyfocus.com/view/1503/pg-e-to-purchase-solar-power-from-space