L'électricité va-t-elle enfin se débarrasser de son fil?

Les applications du système WiTricity de transmission d'électricité sans fil - Source : WiTricity

Les applications du système WiTricity de transmission d'électricité sans fil - Source : WiTricity

Téléphone, ordinateur, Internet: tout devient «sans fil». Mais il reste les câbles des chargeurs de tous ces appareils. On pourrait bientôt en être libérés.

La plaie des appareils sans fil, ce sont… les câbles et les transformateurs. Qui dit sans fil dit en effet batteries. Qui dit batteries dit chargeurs. Et les chargeurs restent des appareils... à fil. Ainsi, l'homme moderne passe-t-il une partie non négligeable de son temps à penser à recharger ses appareils nomades, à les brancher (après avoir retrouvé le «bon» chargeur et déniché une prise libre) et à les débrancher. Est-ce vraiment insupportable ?

Certes, on peut estimer que la gène est largement équilibrée par les services considérables apportés par les technologies sans fil. Que serions-nous, que ferions-nous, aujourd'hui, sans notre téléphone mobile, notre ordinateur portable, notre tablette, notre lecteur MP3, notre appareil photo, notre caméscope numérique HD et notre torche à LED ? Néanmoins, trois problèmes majeurs subsistent. D'abord la forêt de câbles incompatible avec un appartement parfaitement rangé, voire volontairement vide, genre loft zen. Ensuite, la multiplication des rayonnements électromagnétiques auxquels les transformateurs participent et qui rendent la vie intolérable aux personnes ultrasensibles à ces ondes invisibles. Enfin, le risque permanent d'oublier de recharger...

L'alarme d'un téléphone déchargé

C'est cette dernière situation qui a conduit un chercheur à s'atteler au problème. En 2007, Marin Soljacic, physicien d'origine croate, raconte ce qui lui est arrivé quelques années auparavant, lorsqu'il s'est retrouvé en pyjamas devant son téléphone sur le plan de travail de la cuisine. « Cela faisait probablement la sixième fois du mois que j’étais réveillé par le signal de mon téléphone me prévenant que j’avais oublié de le charger, raconte-t-il. Il m’est apparu qu’il serait vraiment bien que l’appareil prenne soin lui-même de son chargement ». Lorsque c’est un professeur de physique au MIT qui fait un tel constat, les choses ont plus de chances d’avancer que s’il s’agit de vous ou moi. Pour autant, le problème restait entier: comment transmettre de l’électricité sans fil ?

Passer de l’information sans fil à la puissance sans fil n’est pas chose aisée. Marin Soljacic et son équipe ont eu l’idée d’utiliser la résonance. Ce phénomène se manifeste dans de multiples circonstances. Mécaniquement, lorsque l’on étend ses jambes sur une balançoire en phase avec le mouvement. Les constructeurs de ponts ont fait l’expérience douloureuse de la résonance avec la destruction de certains ouvrages sous l’effet du balancement provoqué par le vent, ou même du passage d’une armée au pas cadencé. Acoustiquement, lorsque la fréquence de la voix correspond à celle d’un verre, elle peut le faire exploser. Magnétiquement, un tel couplage est également possible. Il suffit, pour cela, de deux circuits accordés. L’un émet un rayonnement magnétique statique, c'est-à-dire identique à celui d’un aimant, à partir du courant électrique; l’autre se met en résonance magnétique et produit du courant électrique.

Et cela marche. Dès 2007, Marin Soljacic en fait la démonstration spectaculaire en allumant, sans aucun câble, une lampe de 60 W à une distance de plus de 2 mètres… Le fait de dimensionner les bobines émettrices et réceptrices de façon à ce qu’elles entrent en résonance permet de multiplier par un facteur d’un million l’efficacité de la transmission de l’électricité. Par ailleurs, les champs magnétiques statiques, en dessous de 4 Tesla, sont réputés sans danger pour l’homme. A l’époque, néanmoins, le système baptisé Powercast fonctionne avec des bobines encombrantes mesurant plusieurs dizaines de cm de diamètre. Mais deux ans plus tard, dans la célèbre émission TED, Eric Giler, président de WiTricity, l’entreprise fondée en 2007 par Marin Soljacic pour développer et commercialiser l’électricité sans fil, fait la démonstration de l’allumage d’une télévision mais aussi de téléphones portables.  

Recharge sans fil de voitures électriques

Même si c’est le téléphone mobile qui est à l’origine de l’idée du physicien, il semble que les premières applications s’orientent plutôt vers l’automobile qui réclament moins de miniaturisation. En 2010, un accord est signé entre WiTtricity et Delphi Automotive pour le développement d’un système de recharge sans fil des véhicules électriques et hybrides. L’année suivante, c’est le géant Toyota, pionnier des voitures hybrides, qui collabore avec WiTricity dans le même domaine, avec un projet de participation à une augmentation de capital de la start up. Toujours en 2011, Thoratec, spécialiste des pacemakers, annonce un projet de système de recharge sans fil de son produit HeartMate II LVAD.  Dans la foulée, General Motors, Mitsubishi Motors et Audi s’intéressent à WiTricity que le New York Times classe, en  2012, parmi les 50 entreprises les plus innovantes.

En juillet 2012, WiTricity fait une démonstration avec une BMW électrique conduite du Massachusetts au Connecticut sur 225 km avec trois arrêts de rechargement sans fil. Sur le toit de la voiture trois lampes à LED permettent de visualiser le passage du courant électrique.  Déjà, un concurrent arrive sur le marché. Evatran s’associe, de son côté, avec Chevrolet et Nissan pour équiper deux modèles en 2013, la Volt et la Leaf, avec un système de recharge sans fil construit par Plugless Power et coûtant environ 2.500 dollars.

La Corée se lance

L’électricité sans fil connaît ainsi un démarrage prometteur. Sans doute en priorité sur des véhicules qui ne posent pas de problème de taille des bobines. Ainsi, le 13 février 2013, l’Institut avancé de science et de technologie de la Corée (KAIST) et l’Institut de recherche sur les chemins de fer de Corée (KRRI) ont-ils annoncé avoir développé un système de transfert sans fil d’électricité adapté au transport par train. En 2011, une démonstration avait déjà été réalisée sur un véhicule électrique baptisée On-line Electric Vehicule (OLEV). Plus fort encore que les systèmes américains, la technologie coréenne permet le rechargement pendant les trajets, les arrêts et le parking. D’où une réduction d’un cinquième de la quantité de batteries nécessaire.

Bus, trams, trains à grande vitesse...

Les premiers prototypes, un bus et un tram, ont été équipés d’une puissance de 100 kW alimentés par un rayonnement magnétique à 20 kHz. La transmission d’énergie électrique afficherait un rendement de 85% avec une distance de 20 cm entre le véhicule et la surface de la route. En juillet 2013, un premier véhicule OLEV assurera un trajet de 40 minutes dans chaque sens à l’intérieur de la ville de Gumi. Dong-Ho Cho, directeur du centre pour la technologie de transferts d’électricité sans fil du KAIST estime que l’OLEV peut être utilisé à grande échelle grâce aux progrès réalisés sur la densité de puissance transmise, multipliée par un facteur de plus de trois.

Du coup, toute l’économie du système de transport est modifiée. La transmission d’électricité sans fil réduira l’entretien du réseau ferré, supprimera les rails conducteurs de courant ainsi que toutes les infrastructures associées, permettra de construire des tunnels plus petits et donc moins coûteux, supprimera les pantographes et abaissera les niveaux de bruits. Forts de cette analyse, les Coréens envisagent d’appliquer la transmission d’électricité sans fil aux trams en mai 2013 et aux trains à grande vitesse en septembre. On ne traine pas au pays du matin frais…   

Alors que l’on a encore l’impression que le câble électrique n’a aucun souci à se faire pour l’avenir et que certains vont jusqu’à les dérober… sur les voies ferrées, le futur pourrait être bien différent. D’ici quelques années ou décennies, l’acte de brancher un appareil électrique sur une prise pourrait devenir aussi désuet que de téléphoner avec un téléphone fixe.

Michel Alberganti