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Les ingénieurs de Stanford ont fait un grand pas en avant pour rendre pratique la recharge des voitures électriques lorsqu’elles roulent sur des autoroutes futuristes construites pour « ravitailler » les véhicules sans fil.

Un système pour recharger des voitures

Bien qu’il existe déjà des bornes de recharge sans fil pour les smartphones, elles ne fonctionnent que si le téléphone reste immobile. Pour les voitures, ce serait aussi peu pratique que la technique actuelle qui consiste à les brancher pendant une heure ou deux à des bornes de recharge.
Il y a trois ans, Shanhui Fan, un ingénieur en électricité de Stanford, et Sid Assawaworrarit, un étudiant diplômé dans son laboratoire, ont construit le premier système capable de recharger sans fil des objets en mouvement. Cependant, cette technologie était trop inefficace pour être utile en dehors d’un laboratoire.
Maintenant, ces deux ingénieurs font la démonstration d’une technologie qui pourrait un jour être mise à l’échelle pour alimenter une voiture en mouvement. À plus court terme, ce système pourrait bientôt permettre de recharger sans fil les robots qui se déplacent dans les entrepôts et les usines, éliminant ainsi les temps d’arrêt et permettant aux robots de travailler presque 24 heures sur 24.
Les chargeurs sans fil transmettent de l’électricité en créant un champ magnétique qui oscille à une fréquence qui crée une vibration résonnante dans les bobines magnétiques du récepteur. Le problème est que la fréquence de résonance change si la distance entre la source et le récepteur change, même de peu. Lors de leur première percée il y a trois ans, les chercheurs ont mis au point un chargeur sans fil capable de transmettre de l’électricité même si la distance au récepteur change.

Un amplificateur et une résistance de rétroaction

Pour ce faire, ils ont intégré un amplificateur et une résistance de rétroaction qui permettaient au système d’ajuster automatiquement sa fréquence de fonctionnement en fonction de la distance entre le chargeur et l’objet en mouvement. Mais ce système n’était pas assez efficace pour être pratique. L’amplificateur utilise tellement d’électricité en interne pour produire l’effet d’amplification requis que ce système ne transmettait que 10 % de la puissance circulant dans le système.
Dans leur nouvel article, les chercheurs montrent comment augmenter l’efficacité de la transmission sans fil du système à 92 %. La clé, explique M. Assawaworrarit, est de remplacer l’amplificateur d’origine par un amplificateur en « mode commutation » ce qui est beaucoup plus efficace. De tels amplificateurs ne sont pas nouveaux mais ils sont délicats et ne produiront une amplification à haut rendement que dans des conditions très précises. Il a fallu des années de bricolage et de travail théorique supplémentaire pour concevoir une configuration de circuit qui fonctionne.

10 watts d’électricité sur une distance de 60 ou 90 centimètres

Le nouveau prototype de laboratoire peut transmettre sans fil 10 watts d’électricité sur une distance de 60 ou 90 centimètres. Selon M. Fan, il n’y a aucun obstacle fondamental à la mise à l’échelle d’un système permettant de transmettre les dizaines ou les centaines de kilowatts dont une voiture aurait besoin. Selon lui, ce système est suffisamment rapide pour alimenter une voiture qui roule à toute allure.

La transmission sans fil ne prend que quelques millisecondes, soit une infime partie du temps qu’il faudrait à une voiture roulant à 70 km/h pour traverser une zone de recharge d’un mètre.

De plus, ces chargeurs sans fil ne devraient pas poser de risque pour la santé, a déclaré M. Assawaworrarit, car même ceux qui sont assez puissants pour les voitures produiraient des champs magnétiques qui sont bien en dessous des normes de sécurité établies.

Pour des robots ou des drones

Bien qu’il faille attendre de nombreuses années avant que ces chargeurs sans fil ne soient intégrés aux autoroutes, les possibilités pour les robots et même les drones aériens sont plus imminentes. Il est beaucoup moins coûteux d’encastrer des chargeurs dans les sols ou sur les toits que sur de longs tronçons d’autoroute. Imaginez un drone, dit M. Fan, qui pourrait voler toute la journée en descendant de temps en temps et en planant autour d’un toit pour des recharges très rapides.
Cette recherche a été publiée dans Nature Electronics.
Source : Stanford University
Crédit photo : Pexels

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