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Sur les traces de Nikola Tesla:
Bonjour à tous,
Ce tuto-projet a pour but de vous initier à un sujet fort à la mode actuellement: l'alimentation à distance, sans fil, d'appareils électriques.
Avant d'entrer dans le vif du sujet, nous allons faire un petit point sur l'historique, les techniques employées et leur évolution.
Tesla est connu principalement pour deux choses: la première est la fameuse bobine éponyme, l'autre étant la distribution d'énergie électrique sans fil.
Celle-ci est largement restée à l'état de fantasme, contrairement à ce que voudraient faire croire des sites conspirationnistes.
Il a bel et bien fait des tentatives, assez pharaoniques, mais sans résultat vraiment probant. Il faut dire qu'il avait des ambitions assez démesurées: il voulait éliminer complètement le réseau électrique câblé, et le remplacer par quelques énormes émetteurs, d'une portée de centaines de km.
Il avait créé de monstrueux émetteurs à étincelles, couplés à des antennes gigantesques, et arrivait à faire des choses impressionnantes, comme de générer des arcs à une distance de plusieurs centaines de mètres.
Mais évidemment, son projet était voué à l'échec: il ne comprenait pas exactement les lois physiques qu'il utilisait, et ses émetteurs étaient couplés en partie de manière électrostatique et en partie par des ondes EM, et il gaspillait une puissance colossale, pour un résultat finalement assez minable.
Après lui, les gens sont devenus plus sensés, et se sont fixés des objectifs réalistes, plus compatibles avec les lois de l'électromagnétisme.
Il y a fondamentalement trois méthodes utilisables pour transporter de l'énergie sans fil:
le couplage électrostatique, le couplage magnétostatique, et l'émission d'ondes EM.
Ces trois méthodes ont été, et sont encore utilisées actuellement, elles ont chacune leur spécificités.*Une petite note pour les puristes: il n'est en principe pas possible de dissocier les champs électriques, magnétiques, ou les ondes EM: en régime variable, les trois sont inextricablement liés par les équations de Maxwell, mais en pratique, pour des fréquences basses, il est possible de se mettre dans des conditions telles qu'un seul aspect soit dominant, en rendant les autres négligeables.
- Dans le couplage électrostatique, l'interface air est considérée comme un ou plusieurs condensateurs de faible valeur, auxquels on applique une forte tension haute fréquence, et que l'on couple par des circuits abaisseurs d'impédance.
La nécéssité de tensions élevées et la sensibilité à tout obstacle, qu'il soit conducteur ou diélectrique limite très sévèrement les applications de cette méthode.- Les ondes EM sont plus prometteuses, mais pour avoir des antennes de taille acceptable, il est nécéssaire d'employer des UHF ou SHF. Cette méthode convient bien à la lecture de tags RFID par exemple, mais n'est pas utilisable pour des applications plus "généralistes". En outre, la propagation de ces ondes est facilement perturbée par des obstacles, et toute la puissance émise non utilisée est perdue dans la nature.
- Il reste enfin la méthode magnétostatique: ici, c'est le champ magnétique qui sert de "support", grâce à des bobines d'émission et de réception plus ou moins couplées.
Cette méthode offre pas mal d'avantages: elle permet de traverser la grosse majorité des obstacles, à l'exception des matériaux fortement conducteurs ou magnétiques, et comme elle se base sur un champ et non une onde, seule la puissance effectivement utilisée a besoin d'être émise.
De plus, les champs magnétiques, contrairement aux champs électriques, ne sont pas perceptibles biologiquement et ne causent pas de sensation ou d'inconfort.
Dans ce projet, c'est le couplage magnétique qui sera utilisé.
Des applications existent déjà depuis des dizaines d'années, dans le domaine médical par exemple, ou pour les chargeurs de brosse à dents électriques.
Récemment cependant, la technique a connu un regain d'intérêt, avec des démonstrations fort médiatisées, comme la "witricity", ou l'apparition de chargeurs sans fil, et l'émergence de standards industriels.
Mais lorsqu'on examine d'un peu plus près le sujet on reste sur sa faim: les expériences de witricity, bien que spectaculaires, ne sont pas réellement transposables dans un environnement domestique: elles nécéssitent du matériel de laboratoire, comme des amplis RF de forte puissance.
Quant au reste, ce qui est qualifié de "sans fil" est une escroquerie, ou au moins une solide exagération: il faudrait plutot dire "sans connecteur", et même pour être complet, "sans connecteur électrique".
En réalité, celui-ci est remplacé par un connecteur magnétique, tout aussi exigeant qu'un connecteur électrique en ce qui concerne le positionnement notamment. Il faut donc toujours un fil, et on ne peut même pas se permettre de "jeter" n'importe comment l'appareil à charger dans une zone, il faut le positionner correctement, aidé éventuellement par un aimant.
Et si je parle d'appareil à charger, c'est bien parce que cela ne peut servir qu'à cela. Et contrairement à un chargeur traditionnel à fil, on ne peut pas se servir de l'appareil pendant qu'il se charge.
Ajoutons encore que la bobine réceptrice doit être "assistée" d'une plaque arrière de matériau magnétique servant de shunt, pour confiner et concentrer le champ dans la bobine....
En résumé, des complications, des contraintes supplémentaires pour l'utilisateur, mais alors, où est l'avantage?
Pour le savoir, il suffit d'examiner l'offre de Texas Instruments par exemple: cette transmission prétendument sans fil sert de prétexte à une usine à gaz, servant à la gestion, au contrôle et au dialogue entre l'hôte et son chargeur. En somme, un excellent moyen de vendre beaucoup de silicium à forte valeur ajoutée en surfant sur le "hype" généré par tout ce qui est sans fil. C'est la même recette que le pâté à l'alouette: un cheval, une alouette.
Comme je n'ai pas pour habitude de réinventer l'eau tiède, je vais vous proposer quelque chose de nettement plus substantiel: du vrai sans fil, à l'échelle d'une pièce, ou au moins d'une "bulle de liberté" de plusieurs mètres cube.
A suivre....
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