Un émetteur d’énergie par micro-ondes a été capable de transmettre 1,6 kW par les airs à un kilomètre de distance

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Un émetteur parabolique à micro-ondes est pointé vers une antenne de redressement dans le cadre de la démonstration de Safe and Continuous Power Beaming – Microwave (SCOPE-M). | Gayle Fullerton/US Naval research laboratory
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Les ingénieurs en charge du projet Scope-M se voient déjà transmettre de l’énergie solaire jusqu’à la Terre directement depuis l’espace. En attendant cet exploit potentiel un peu plus lointain, ils sont parvenus à transmettre de l’énergie avec une puissance de 1,6 kW par les airs à un kilomètre de distance.

Le projet a été mené par une équipe du Laboratoire de recherche navale de l’armée des États-Unis, et les résultats ont été publiés dans le IEEE Journal of Microwaves. L’objectif qui leur avait été donné par le Pentagone était le suivant : transmettre de l’énergie avec une puissance de 1 kW sur une distance d’un kilomètre par le biais d’un faisceau micro-ondes. Les chercheurs affirment que l’expérience a réussi au-delà de leurs espérances, puisqu’un pic de puissance à 1,6 kW, soit 60% de plus que l’objectif, a été mesuré. L’équipe présente cette réussite comme « la démonstration de transmission de puissance la plus importante en près de 50 ans », selon un communiqué de la marine américaine.

Le projet se nomme Safe and Continuous Power bEaming – Microwave, ou SCOPE-M. Il est basé sur un principe qui est loin d’être nouveau : la conversion d’ondes électromagnétiques en courant continu grâce à des antennes appelées « rectennas ». Récemment, plusieurs projets portent sur l’utilisation d’ondes pour transporter de l’électricité. L’US Navy précise d’ailleurs qu’une expérience d’une envergure similaire avait été menée dans les années 1970. « En fixant cet objectif, nous avons dépassé toutes les démonstrations sauf une, qui remonte à 1975, avec une énorme parabole située en Californie dans les installations de la Goldzone de la Nasa et avec un émetteur et un récepteur beaucoup plus grands que ceux que nous avons utilisés ici. Nous avons donc pu approcher ce record avec un émetteur beaucoup plus petit, un récepteur beaucoup plus petit et une longueur d’onde qui a beaucoup plus de sens », explique ainsi Paul Jaffe, l’un des chercheurs impliqués dans le projet.

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Les fréquences radio entre 1 et 10 GHz (la « fenêtre des micro-ondes ») sont les meilleures pour les télécommunications interstellaires. En effet, les fréquences plus basses sont contaminées par le bruit des électrons interstellaires émettant du rayonnement synchroton, tandis que les fréquences plus élevées sont absorbées par l’atmosphère terrestre. Dans la « fenêtre des micro-ondes », le rayonnement peut traverser la galaxie sans être notablement absorbé. Nichées au sein de cette fenêtre se situent les émissions de l’hydrogène neutre (la raie à 21 cm) et du radical OH, qui pourraient baliser des fréquences de communication interstellaire universellement reconnues. En ordonnée, l’intensité du bruit I ν [puissance reçue par unité de fréquence dans l’intervalle]. © Alain Jorissen/ULB
Les scientifiques ont en effet choisi d’utiliser une longueur d’onde de 10 gigahertz. Celle-ci appartient à la fenêtre des « micro-ondes », qui présente plusieurs avantages dans ce genre de cadre. « Vous ne voulez pas utiliser une fréquence trop élevée, car elle peut commencer à perdre de la puissance dans l’atmosphère », explique ainsi Christopher Rodenbeck, chercheur principal. « Le 10 GHz est un excellent choix, car la technologie des composants est bon marché et mature. Même en cas de forte pluie, la perte de puissance est inférieure à 5 % ». Elle présente aussi l’avantage de respecter les normes de sécurité internationales standards. « En tant qu’ingénieurs, nous développons des systèmes qui ne dépasseront pas ces limites de sécurité », affirme Paul Jaffe. « Cela signifie que c’est sans danger pour les oiseaux, les animaux et les gens ».

Transmettre de l’énergie sur Terre depuis des stations orbitales ?

Le fonctionnement de cette « transmission sans fil » d’électricité est le suivant. L’électricité est convertie en micro-ondes, qui sont ensuite focalisées via un faisceau étroit sur un récepteur. Ce récepteur est lui-même composé de ce qu’on appelle des éléments rectenna, qui reconvertissent les ondes en courant continu. « SCOPE-M est constitué de dizaines de milliers d’antennes X-band (ndlr : une bande de fréquences dans la région radio micro-ondes du spectre électromagnétique). Chacune de ces antennes est connectée à une petite diode redresseuse qui convertit la puissance micro-onde incidente en puissance électrique continue », expliquent les chercheurs.

Le faisceau a été testé à deux endroits différents, dans le Maryland et dans le Massachusetts, au MIT. Cette technologie pourrait, selon les scientifiques, être un jour utilisée pour transmettre de l’énergie sur Terre ou à partir de grandes centrales solaires orbitales pour fournir de l’électricité aux réseaux nationaux 24 heures sur 24, 365 jours par an. Cependant, une application plus immédiate serait de transmettre l’énergie directement à des troupes sur le terrain, éliminant ainsi le besoin d’expéditions de carburant vulnérables.

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Source : IEEE journal of microwaves

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