Énergie sans fil : des smartphones aux VE — la route à venir

Le monde d'aujourd'hui est de plus en plus alimenté par des interfaces sans fil — des écouteurs et plaques à induction au domaine naissant de la charge de véhicules électriques. La question demeure : pourrons-nous un jour alimenter une voiture sans câble, ou livrer l'électricité du réseau à des sites distants sans pylônes ni tranchées ?

La livraison d'énergie sans fil se divise en deux grandes catégories. La première repose sur un couplage serré entre émetteur et récepteur, créant un champ électrique ou magnétique qui transfère l'énergie directement à travers un court espace. De nombreux appareils ménagers — plaques à induction, brosses à dents, la plupart des chargeurs de téléphone — utilisent ce principe pour induire un courant dans une bobine récepteur proche.

La seconde catégorie, le couplage radiatif, dirige un faisceau d'énergie — souvent ondes radio haute fréquence — vers un récepteur accordé pour récolter le maximum de cette puissance.

L'alignement entre émetteur et récepteur est crucial pour un transfert d'énergie efficace. (Image : Molex Ventures)

Efficacité et portée de transmission sont les métriques clés des deux approches. Le couplage serré exige un alignement précis ; par exemple, une casserole sur une plaque à induction cesse de chauffer immédiatement quand elle s'éloigne du centre de l'anneau magnétique. Les smartphones utilisent des aimants intégrés pour maintenir le téléphone parfaitement centré sur un pad de charge, un petit mais essentiel effort d'ingénierie qui améliore dramatiquement les temps de charge.

À plus grande échelle, la charge sans fil pour véhicules électriques fait face à des défis d'alignement similaires. Une récente enquête Molex a révélé que 36 % des dirigeants automobiles s'attendent à ce que la charge sans fil devienne une fonctionnalité standard d'ici 2030. Alors que les chargeurs de téléphone opèrent typiquement à quelques dizaines de watts, les VE nécessitent 50 kW à 250 kW pour rendre les longs trajets compétitifs avec moteurs thermiques. Même quelques pourcents de désalignement peuvent se traduire en centaines de watts de chaleur gaspillée à l'interface.

Concept de voies de charge sans fil pour véhicules électriques ? (Image : Molex Ventures)

La norme SAE International J2954_202010 aborde nombre de ces problèmes en définissant interopérabilité, compatibilité électromagnétique, limites CEM, performance, sécurité et tests pour charge VE stationnaire. La spécification couvre actuellement les pads au-dessus du sol et n'adresse pas encore les installations encastrées, mais établit un cadre pour futurs scénarios de charge dynamique.

La norme définit aussi un protocole d'alignement aidant les conducteurs à aligner leur véhicule avec les pads de charge — et prépare le terrain pour l'alignement autonome futur. Néanmoins, la technologie nécessitera une ingénierie robuste et des habitudes utilisateur disciplinées pour égaler la commodité de brancher une voiture sur une station de charge traditionnelle.

La charge sans fil à l'intérieur d'un véhicule illustre les limites actuelles : un téléphone doit être placé à un endroit précis pour un alignement optimal des bobines. Même les chargeurs grand public les plus avancés restent effectivement attachés à un emplacement fixe.

Diverses formes de pads de charge : rack, pad, porte-gobelet (Image : Molex Ventures)

Les smartphones modernes utilisent de puissants aimants pour simplifier l'alignement, mais l'expérience reste contrainte à un point défini. Une expérience utilisateur plus fluide permettrait aux dispositifs de charger n'importe où dans un certain volume, sans couplage précis. Ossia, une startup financée par Molex Ventures, poursuit précisément cette vision en exploitant des réseaux d'antennes style MIMO pour envoyer de l'énergie même quand le récepteur n'est pas en ligne de mire directe.

Le système d'Ossia émet un signal régulier depuis son antenne pour synchroniser avec les dispositifs proches. Chaque récepteur diffuse un beacon signalant sa présence et besoin en puissance. L'émetteur mesure la phase de chaque beacon et utilise cette information pour orienter un faisceau d'énergie cohérent vers le dispositif. Avec multiples antennes, l'émetteur peut résoudre les différences de phase à chaque élément, permettant une formation de faisceau hautement précise pouvant même refléchir sur les murs pour atteindre le récepteur.

Un dispositif équipé du récepteur d'énergie Ossia Cota envoie un beacon pour localiser l'émetteur, qui délivre alors l'énergie via le même chemin. (Image : Molex Ventures)

L'émetteur peut supporter plusieurs dispositifs simultanément. Chaque récepteur envoie un beacon de demande de puissance, et l'émetteur alloue des impulsions d'énergie proportionnellement à ces demandes, assurant une distribution efficace dans le volume.

En délivrant l'énergie par faisceau plutôt que par bobine rigide, cette approche redéfinit ce que nous considérons comme « charge sans fil ». Détecteurs de fumée au plafond pourraient fonctionner indéfiniment, et aspirateurs robots pourraient opérer sans station d'accostage. Le changement de paradigme passe de la charge à la livraison d'énergie, débloquant de nouvelles possibilités pour une énergie omniprésente, sans attache.

Tout comme les smartphones nous ont libérés des lignes fixes filaires, un système de puissance sans fil véritablement volumétrique pourrait transformer les habitudes quotidiennes. La clé pour réaliser cette vision réside dans les avancées en capteurs d'alignement, gestion thermique et formation de faisceau haute efficacité — domaines où expertise et recherche ciblée peuvent accélérer le progrès vers un monde de plus en plus connecté, sans fil.

>> Cet article a été publié à l'origine sur notre site partenaire, EE Times Europe.

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Lily Yeung est directrice du développement corporate chez Molex, LLC et vice-présidente de Molex Ventures, LLC, filiale de Molex. Alliant expertise finance, recherche analyse et technologies émergentes, Lily sert maintenant en première ligne, favorisant l'innovation chez Molex et dans l'industrie électronique. Elle est responsable de promouvoir l'écosystème entrepreneurial en travaillant directement avec startups avant-gardistes, incubateurs, groupes angels, sociétés capital-risque et groupes corporate venture. En faisant des investissements en capital stratégiques dans entreprises early-stage prometteuses, Molex Ventures nourrit les startups au plus grand potentiel d'impact positif sur industries et société.

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