Disney Research expérimente la charge sans fil à distance

Un jour les visiteurs des parcs d’attraction Disney pourront recharger leurs terminaux mobiles pendant leurs déplacements grâce une technologie développée par Disney Research. Cette technologie, baptisée « Quasistatic cavity resonance » (QSCR) par Disney, permet à des structures spécifiques comme des armoires, des salles et des entrepôts de générer des champs magnétiques quasi statiques qui « délivrent en toute sécurité plusieurs kilowatts d’électricité à des récepteurs mobiles presque partout ». La recherche sur la technologie de charge sans fil de Disney a été publiée dans la revue Plos One, une publication quotidienne en ligne de la Public Library of Science.

Disney Research n'est pas la première entreprise à créer un système de recharge sans fil over the air aussi appelé recharge sans fil en champ lointain. Les start-ups Ossia et Energous ont fait la démonstration de systèmes de charge sans fil pouvant opérer au-delà de 4,5 mètres. Le fonctionnement des systèmes de charge WattUp d’Energous et Cota d'Ossia est assez proche de celui d’un routeur sans fil, à savoir que les signaux de radiofréquence envoyés par les systèmes de charge sont reconnus par les appareils mobiles, aussi bien des objets portables que des smartphones. Il suffit d’une petite antenne RF sous forme de circuit imprimé, un ASIC ou « circuit intégré propre à une application » et un logiciel pour créer un récepteur d’énergie sans fil. Disney Research utilise une bobine électromagnétique dotée d’un résonateur à radiofréquence, différente de celle que l’on trouve aujourd’hui dans les technologies classiques de charge sans fil par couplage magnétique résonnant ou en champ proche, pour projeter un champ à distance à travers lequel les appareils peuvent recevoir de l'énergie.

Un champ magnétique trop puissant

Au centre d'une salle expérimentale, les chercheurs de Disney ont placé un tuyau en cuivre avec des condensateurs qui transmettent le courant électrique. Lors d’une démonstration, ils ont montré que dans une salle d’environ 5 x 5 x 2,2 m dont le plancher, le plafond et les murs sont recouverts d’une tôle en aluminium peinte, la technologie QSCR peut envoyer de l'énergie vers de petites bobines réceptrices dans presque n'importe quelle direction avec un taux d'efficacité de 40 à 95 %. Le système peut transmettre jusqu'à 1 900 watts d’électricité en toute sécurité entre les émetteurs et la bobine réceptrice d’un appareil mobile, « assurant une alimentation sans fil sûre et omniprésente », comme l’a déclaré Disney Research. Les chercheurs pensent aussi qu’ils pourront, plus tard, réduire la quantité d'aluminium nécessaire pour créer le champ magnétique en optimisant le QSCR.

« Les premières structures pourront être remplacées plus tard par des panneaux modulaires ou une peinture conductrice ». La technologie QCSR de transmission d’énergie sans fil apporte une solution viable pour supprimer les fils et les batteries, deux contraintes qui ont empêché l’émergence de nombreuses solutions innovantes dans les secteurs industriels, médicaux et de l’électronique grand public. Cette solution devrait apporter une incroyable liberté de charge des appareils dans l’espace », a déclaré Disney Research.

Des problèmes pour la santé

Au tournant du siècle dernier, Nikola Tesla a montré à plusieurs reprises qu’il était possible de transférer de l’énergie sans fil en terrain lointain en utilisant ce que l'on appelle généralement la « bobine Tesla ou transformateur de Tesla ». Ces dernières années, les organismes de réglementation ont adopté des directives de sécurité strictes pour encadrer l’usage d’appareils à résonance magnétique en champ lointain comme la bobine Tesla. « Cette régulation a établi une limite entre le niveau de recharge d’un appareil à distance et la quantité maximale d'énergie pouvant être transmise en toute sécurité », a déclaré Disney Research. « À cause de ces restrictions motivées par des préoccupations de santé et de sécurité limitant à quelques milliwatts la puissance transférable, ces technologies de recharge sans fil en terrain lointain n'ont pas été développées plus avant ».

La résonance magnétique en champ proche est très localisée. Elle s’échelonne entre quelques millimètres et quelques mètres. Dès lors que la source et le récepteur sont séparés par plus d'un diamètre de bobine, le transfert n’est plus possible. « De la même façon, il n'est pas possible de coupler de manière fiable des bobines de tailles différentes », a encore expliqué Disney Research. Les chercheurs de Disney ont utilisé des ondes électromagnétiques en champ lointain pour générer un champ uniforme dans une chambre métallique et créer des ondes stationnaires en champ proche pour permettre le couplage avec de petits récepteurs. « Pour arriver à cela, nous avons stimulé la résonnance électromagnétique d'une structure métallique fermée particulière afin que les courants induits circulant à travers les murs, le plafond et le plancher passent par des condensateurs discrets. Ces courants oscillants génèrent à leur tour des champs magnétiques qui imprègnent l'intérieur de la structure, ce qui permet un transfert d’énergie sans fil vers les récepteurs contenus dans le circuit, tout en isolant simultanément les champs électriques potentiellement nocifs dans les condensateurs ».