Une antenne en métamatériau qui récolte l’énergie dans l’air grâce aux ondes radio

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Il y a de l’électricité dans l’air… Littéralement, cette fois-ci. Une équipe de chercheurs a en effet développé une petite antenne capable de collecter les ondes radio présentes dans les airs pour les reconvertir en énergie réutilisable.

L’étude, publiée dans Optical Material Express, démontre la capacité de cette antenne à exploiter des ondes très ancrées dans notre quotidien. Celles de nos réseaux téléphoniques, de nos GPS, ou encore de nos appareils qui fonctionnent en Bluetooth…

En effet, les ondes radio qui circulent dans l’air transportent une quantité d’énergie inexploitée. Il est possible de capter cette énergie via une antenne, et de la convertir pour la transformer en courant électrique exploitable. L’idée n’est d’ailleurs pas nouvelle et de nombreuses innovations vont dans le sens de cette « récupération » d’énergie.

L’intérêt d’une telle antenne serait de pouvoir recharger à distance des machines qui sont peu gourmandes en énergie, comme des LED, ou des capteurs… « En éliminant les connexions filaires et les batteries, ces antennes pourraient aider à réduire les coûts, à améliorer la fiabilité et à rendre certains systèmes électriques plus efficaces », explique ainsi le chef de l’équipe de recherche Jiangfeng Zhou, de l’Université de Floride du Sud, dans un communiqué d’Optica. « Cela serait utile pour alimenter des capteurs domestiques intelligents tels que ceux utilisés pour la température, l’éclairage et le mouvement, ou des capteurs utilisés pour surveiller la structure des bâtiments ou des ponts, où le remplacement d’une batterie peut être difficile ou impossible ».

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Si les scientifiques sont si satisfaits de leurs résultats, c’est parce qu’en comparaison avec des expériences différentes, leur antenne parvient à extraire de l’énergie avec une grande efficacité. Deux éléments changent la donne dans cette performance. En premier lieu, tout simplement la quantité croissante d’ondes présente dans les airs. « Avec l’énorme explosion des technologies basées sur les ondes radio, il y aura beaucoup d’émissions électromagnétiques inutilisées qui pourraient être collectées », déclare ainsi Jiangfeng Zhou. « Ceci, combiné aux progrès des métamatériaux, a créé un environnement mûr pour de nouveaux appareils et applications qui pourraient bénéficier de la collecte de cette énergie perdue et de son utilisation ».

Un matériau aux propriétés « surnaturelles »

Le deuxième élément, qui lui est directement lié à l’innovation, c’est en effet l’usage pour cette antenne d’un métamatériau. Les métamatériaux, pour l’expliquer simplement, sont des matériaux conçus artificiellement, qui possèdent des propriétés qu’on ne trouve pas directement dans la nature.

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Le matériau utilisé dans cette antenne est donc spécialement conçu pour une absorption « parfaite » des longueurs d’onde, et pour permettre d’augmenter le voltage propre circulant à l’intérieur. « Les métamatériaux utilisent de petites structures soigneusement conçues pour interagir avec la lumière et les ondes radio d’une manière différente des matériaux naturels », explique le communiqué d’Optica. L’antenne, grâce à ces propriétés, est particulièrement adaptée pour être efficace face aux intensités faibles.

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Les chercheurs ont testé leur antenne à base de métamatériaux dans une chambre anéchoïque. L’onde radio est émise par l’antenne cornet à gauche et reçue par l’antenne à métasurface montée sur le cadre en bois à droite. La chambre anéchoïque élimine les signaux de fond provenant d’autres sources et empêche les signaux parasites de la source d’ondes radio de rebondir dans la pièce et de perturber les mesures. © Jiangfeng Zhou et al.

Les scientifiques affirment dans le rapport que les tests en laboratoire ont en effet été satisfaisants. Pour vérifier l’efficacité de leur conception, ils ont mesuré la quantité d’énergie récoltée, tout en modifiant la puissance et la fréquence d’une source radio entre 0,7 et 2,0 GHz. Ce faisant, ils sont parvenus à récolter de l’énergie avec une puissance de 100 microwatts à partir des ondes radio, avec une intensité de seulement 0,4 microwatt par centimètre carré.

Autrement dit, une puissance suffisante pour faire fonctionner des appareils peu gourmands en électricité. À titre d’exemple concret, ils ont également placé un téléphone en train d’appeler très proche de l’antenne. Celui-ci est effectivement parvenu à alimenter une LED. L’antenne doit cependant encore être améliorée, notamment sa taille, puisqu’elle mesure actuellement 16 cm².

Source : Optical Materials Express

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