Une feuille de route pour un « internet énergétique sans fil » trace la voie vers la lumière, la chaleur et le mouvement sans piles
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La recharge sans fil a déjà révolutionné l’alimentation des téléphones, des objets connectés et même des véhicules électriques. La prochaine étape consiste à étendre les technologies sans fil au-delà de la simple transmission d’énergie électrique, afin de produire directement des énergies non électriques, telles que l’énergie optique, thermique et mécanique, en fonction des besoins réels. On obtiendrait ainsi un réseau de distribution d’énergie aussi flexible et efficace qu’Internet.
Pour mener à bien cette transformation, des chercheurs de l’Université polytechnique de Hong Kong (PolyU) ont mené une étude qui établit une feuille de route technique pour un « internet de l’énergie sans fil », guidant l’industrie du « transfert d’énergie sans fil » vers la « conversion d’énergie sans fil » directe.
Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Reviews Electrical Engineering .
La conversion directe contourne le stockage par batterie.
Les systèmes de transfert d’énergie sans fil classiques reçoivent généralement de l’énergie électrique et la stockent dans une batterie ou un supercondensateur avant de produire de la lumière, de la chaleur ou du mouvement.
À l’inverse, la conversion directe d’énergie sans fil transforme l’énergie électrique transmise directement en énergie chimique, optique, thermique ou mécanique. Autrement dit, l’énergie émise par le transmetteur peut être convertie en lumière pour l’éclairage, en chaleur pour le chauffage ou en force motrice, sans nécessiter de recharge préalable d’une batterie. Cette technologie élimine les étapes intermédiaires de stockage et de conversion, réduit les pertes d’énergie, améliore l’efficacité globale et simplifie le matériel côté récepteur.
L’étude établit également un cadre unifié qui intègre la transmission en champ proche et en champ lointain avec différentes applications telles que la recharge sans fil, l’éclairage, le chauffage et la motorisation (énergie mécanique), et résume les principes de conception communs et les orientations futures des technologies sous-jacentes.
Les recherches ont été menées par Chau Kwok Tong, professeur titulaire de la chaire de génie de l’énergie électrique au sein du département de génie électrique et électronique et codirecteur du Centre de recherche sur les véhicules électriques (RCEV), en collaboration avec Liu Wei, professeur adjoint dans le même département et responsable du RCEV à PolyU.
Stratégies de conception vers la commercialisation
L’équipe de recherche a identifié les principes techniques communs et les principaux obstacles d’ingénierie des systèmes de conversion d’énergie sans fil et a proposé des pistes de développement dans des domaines tels que la normalisation, la cybersécurité, la récupération d’énergie et les applications émergentes. Elle a également souligné les défis à relever, fournissant ainsi un cadre de référence pour un déploiement à grande échelle.
Leur étude a reçu une médaille d’or avec les félicitations du jury lors de la 50e Exposition internationale des inventions de Genève en Suisse, ainsi qu’un grand prix et une médaille d’or lors de la quatrième Exposition asiatique des innovations et des inventions de Hong Kong.
Chau a déclaré : « Notre examen a des répercussions à deux niveaux : premièrement, il établit des pistes de conception pratiques couvrant des technologies de base telles que le contrôle côté primaire, les réseaux de compensation multifréquence, la transmission sécurisée et la transmission dirigée sur le terrain ; et deuxièmement, il fournit des orientations stratégiques sur les futures normes industrielles, la sécurité et les priorités d’application.
« Cela aidera l’industrie à sélectionner des architectures de produits viables tout en permettant aux décideurs politiques et aux investisseurs d’identifier l’infrastructure nécessaire pour stimuler la commercialisation et l’adoption à grande échelle. »
Moins de stockage embarqué, des applications plus spécialisées
À l’heure actuelle, le stockage de l’électricité dans des batteries est la technologie de transmission et de stockage d’énergie la plus aboutie et la plus répandue. Déjà utilisée dans l’électronique portable et les implants biomédicaux, elle connaît un développement rapide dans les véhicules électriques et le transport ferroviaire.
En comparaison, l’éclairage, le chauffage et la motorisation sans fil présentent un intérêt particulier dans des applications spécialisées, comme les moteurs étanches pour environnements difficiles, les robots mobiles nécessitant moins de stockage embarqué et les moteurs ultrasoniques capacitifs pour robots compatibles avec la résonance magnétique. Dans ces cas, les câbles, batteries ou composants électroniques récepteurs classiques sont difficiles à entretenir, voire indésirables. Ces systèmes offrent également des avantages tels que la légèreté, la praticité, un rendement élevé, la flexibilité et une sécurité accrue.
Au niveau du consommateur, les batteries peuvent tomber en panne en raison de défauts de cellules, de courts-circuits internes, de surcharges ou d’une mauvaise gestion thermique, ce qui pose des risques pour la sécurité.
À l’inverse, l’alimentation sans fil offre une plus grande flexibilité et une meilleure durabilité, et permet de réduire la taille des batteries, voire de supprimer le besoin de stockage embarqué dans les véhicules. Plus la batterie est petite et moins l’énergie chimique stockée est importante, plus les risques liés au stockage d’énergie sont faibles : c’est là l’intérêt le plus concret de la conversion d’énergie sans fil pour notre quotidien.
La sécurité et les normes de transmission demeurent des obstacles.
Toutefois, si la conversion directe peut atténuer les risques liés au stockage de l’énergie, elle soulève une autre problématique de sécurité. Les réseaux de transmission d’énergie sans fil restent confrontés à de nombreux défis, notamment la sécurité de la transmission elle-même.
Les effets potentiels d’une exposition humaine prolongée aux champs électromagnétiques et aux interférences électromagnétiques avec les appareils électroniques environnants sont particulièrement préoccupants dans des environnements tels que les espaces publics et les établissements médicaux. L’étude souligne également que la complexité du système et ses limitations de performance, notamment en matière de recharge sans fil haute puissance et de motorisation sans fil, constituent des freins à son application.
Liu a ajouté : « Notre étude met en lumière un défi majeur en matière de commercialisation : la plupart des normes existantes ne couvrent que des applications spécifiques, notamment la recharge sans fil des véhicules électriques. Les cadres complets de sécurité, d’émissions et d’interopérabilité pour la conversion d’énergie sans fil au sens large restent incomplets. »
« Nous préconisons donc de concevoir les systèmes énergétiques sans fil de manière systématique et holistique, plutôt que d’optimiser isolément chaque étape de conversion d’énergie. »
Des réseaux qui s’adaptent aux besoins énergétiques des appareils
L’équipe de recherche classe la conversion d’énergie sans fil en quatre catégories : chimique pour la recharge, optique pour l’éclairage, thermique pour le chauffage et mécanique pour la propulsion. Ensemble, ces quatre catégories englobent la plupart des applications, des habitations à l’industrie en passant par le biomédical, jusqu’aux environnements extrêmes tels que l’exploration des grands fonds marins et de l’espace lointain.
À l’avenir, un réseau énergétique sans fil pourrait reconnaître automatiquement les besoins énergétiques spécifiques des différents appareils (qu’ils soient chimiques, optiques, thermiques ou mécaniques) et ajuster dynamiquement la fréquence de transmission, la distribution du champ et le niveau de puissance en conséquence.
L’étude identifie également quatre défis techniques majeurs — la sécurité, l’évolutivité, la complexité et les performances — et, en réponse, définit quatre axes de développement prioritaires. Premièrement, il convient de développer des interfaces standard permettant aux dispositifs de gérer l’alimentation, d’identifier les récepteurs, d’échanger des données, de contrôler les systèmes, de gérer les pannes et d’assurer l’interopérabilité. Deuxièmement, le chiffrement énergétique doit évoluer vers une sécurité intégrée de la couche physique.
Troisièmement, pour les applications aérospatiales, il convient de développer des coupleurs, des convertisseurs et des émetteurs relais légers, étanches et résistants aux radiations afin de connecter les satellites, les stations, les rovers et les bases planétaires. Quatrièmement, la récupération d’énergie électromagnétique doit être renforcée, en privilégiant les récepteurs sensibles, la rectification à très faible consommation et les architectures hybrides combinant la récupération d’énergie ambiante et l’alimentation sans fil dédiée.
https://www.polyu.edu.hk/rcev/news-and-events/news/2026/wireless-energy-internet