Récupérer (davantage) l’énergie des ondes électromagnétiques

Le soleil est une source d’énergie abondante et pratiquement infinie. Aussi, des chercheurs du monde entier sont entrés en compétition pour créer de nouvelles approches afin de "récupérer" l’énergie à partir du soleil ou de la transférer vers d’autres sources.

Dans la revue Applied Physics Letters, des chercheurs de l’Université de Waterloo au Canada ont dévoilé une nouvelle conception permettant de recueillir l’énergie électromagnétique basée sur le "concept d’absorption complète."

Cela implique notamment l’utilisation de métamatériaux capables d’être adaptés pour produire des médiums qui ne reflètent, ni ne transmettent aucune puissance – permettant ainsi la pleine absorption des ondes incidentes vers une gamme spécifique de fréquences et de polarisations.

"La demande croissante d’énergie électrique sur notre planète reste la principale motivation de notre recherche", a déclaré Thamer Almoneef, doctorant. "Plus de 80% de notre énergie provient actuellement de la combustion des hydrocarbures, ce qui est à la fois nocif pour notre environnement et non viable à terme. Dans notre unité, nous essayons d’aider à résoudre la crise de l’énergie en améliorant l’efficacité de la récupération d’énergie des systèmes électromagnétiques".

Depuis le début et jusque là, les phases de collecte et de récupération de l’énergie électromagnétique étaient réalisées par des antennes classiques. "Maintenant, les métasurfaces de nos technologies sont de bien meilleurs collecteurs d’énergie que les antennes classiques", a expliqué M. Omar Ramahi, professeur de génie électrique et informatique.

Les métasurfaces sont formées par gravure en surface du matériau avec un motif de formes périodiques. Les dimensions particulières de ces modèles et leur proximité les uns des autres peuvent être réglés pour fournir une "quasi-cohésion" de l’absorption d’énergie. Cette énergie est ensuite acheminée à travers un chemin conducteur reliant la métasurface à un plan de masse.

L »importance clé des travaux des chercheurs démontre pour la première fois qu’il est possible de recueillir la quasi-totalité de l’énergie électromagnétique en surface.

"Les antennes classiques peuvent canaliser l’énergie électromagnétique à une charge – mais à des niveaux d’efficacité d’absorption d’énergie beaucoup plus bas", a déclaré Omar Ramahi. "Nous pouvons également canaliser l’énergie absorbée en une charge plutôt que de dissiper l’énergie dans le matériau, comme cela était pratiqué dans les travaux précédents."

Ces travaux recouvrent une large gamme d’applications.

Parmi la plus importante application concernée, on trouve l’énergie solaire spatiale, une technologie critique, et encore émergente, qui pourrait considérablement contribuer à réduire la pénurie d’énergie sur terre. Ce système convertit d’abord les rayons solaires en micro-ondes – à l’aide de panneaux solaires photovoltaïques classiques – et transmet ensuite l’énergie des faisceaux à micro-ondes vers des récepteurs terrestres spécialement aménagés.

Le Japon est, de loin, le pays le plus avançé dans ce domaine, avec des projets concrets pour commencer la récupération de l’énergie solaire depuis l’espace à l’horizon 2030.

"Notre recherche permet une absorption d’énergie nettement plus élevée que les antennes classiques", a réaffirmé Omar Ramahi. "Il en résulte une réduction significative de l’empreinte de la surface d’absorption, une propriété précieuse pour l’absorption de l’énergie que ce soit le vent, l’hydroélectricité, le solaire ou l’électromagnétisme."

D’autres applications clés sont également citées comme, "le transfert d’énergie sans fil – directement adaptable pour alimenter des périphériques distants tels que les dispositifs et étiquettes RFID ou même des périphériques éloignées en générale", a ajouté le professeur de génie.

Cette technologie peut également être étendue à des spectres infrarouge et visible. "Nous avons déjà étendu nos travaux dans la gamme des fréquences infrarouges et nous espérons en parler très prochainement", a t-il conclu.