Projet ANR-14-CE26-0030 – WIREFREE : Systèmes de transmission d’énergie sans fils contrôlée et confinée pour les équipements électroniques
Programme : Fondements du numérique (DS0705) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Mauro Ettorre (Institut d'Electronique et de Télécommunications de Rennes)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 188552.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Les systèmes de transfert d’énergie sans fil (Wireless Power Transfer (WPT) systems) permettent de transférer l’énergie d’un point à un autre sur une certaine distance. Actuellement, leur mise en œuvre repose sur le couplage entre résonateurs magnétiques en zone de champ proche réactif. Ces futurs systèmes sont parfaitement adaptés aux dispositifs électroniques portables/nomades du quotidien (tablette, lecteur mp3, etc.) car ils permettent de nous affranchir de toute opération de recharge par fil. L’impact sociétal est donc potentiellement très important. Sur le plan économique, le revenu du marché de l’industrie de distribution de l’énergie sans fil est estimé à un milliard de dollars, avec une croissance exponentielle envisagée pour les années à venir. Sur le plan scientifique, les travaux majeurs de R&D sont principalement menés aux États-Unis ; de plus, l’efficacité en puissance de ces systèmes reste très limitée (40% sur une distance de 2m) et repose sur l’utilisation de relais extrêmement encombrants !
Aucune étude n’a été faite à ce jour pour explorer et définir de nouveaux schémas opérationnels, en véritable rupture avec les solutions actuelles. 
Pour la première fois, nous proposons ici de maîtriser le comportement du champ proche afin d’améliorer l’efficacité en puissance et la distance de transmission de ces systèmes. On parle alors de « tailored WPT systems ». L’innovation majeure – au cœur de notre projet – consiste à ajuster le champ proche afin de ralentir la décroissance des champs évanescents localisés, sans pour autant rayonner en espace libre. Cela constitue les 2 points clés du projet. Pour respecter ces 2 propriétés totalement nouvelles, la résistance de rayonnement du WPT proposé est maintenue faible (pour ne pas rayonner), alors que l’ajustement du champ proche est contrôlé par un chargement approprié de la structure (en anneaux) par des impédances à optimiser. 
Le projet WIREFREE (durée 36 mois) comporte 4 tâches :
- Tâche 1 : Coordination, valorisation et diffusion de toutes les activités du projet, y compris les actions à destination de l'enseignement supérieur et de la future soumission d’un projet ERC.
- Tâche 2 : Mise au point (i) d’un outil d'analyse et conception électromagnétique (EM) basé sur la Méthode des Moments, et (ii) d’un outil reposant sur la théorie des circuits (pour évaluer le rendement en puissance). 
- Tâche 3 : Développement du système d'alimentation, avec définition des conditions de transfert maximal de puissance (i.e. des impédances optimisées) pour garantir un rendement optimal. 
- Tâche 4 : Prototypage et validations expérimentales. Les spécifications seront d’abord définies à partir de données de la littérature et d'expressions de besoin recueillies auprès d’industriels. Puis, 3 systèmes seront étudiés : le 1er, en version filaire, repose sur le système WPT définissant aujourd’hui l’état de l’art (détenu par le MIT) : il servira de référence ; les 2 autres (1 réalisé en technologie imprimée (PCB) et 1 en version filaire), seront conçus selon notre nouveau concept. Les campagnes expérimentales consisteront à mesurer les paramètres S, les champs proches, et les caractéristiques essentielles des WPT (distance de transmission, rendement global). La possibilité d’alimenter une ampoule et un PC sera aussi abordée. Enfin l'exposition du corps humain aux systèmes WPT sera étudiée car ce point est insuffisamment exploré aujourd’hui.
Résultats attendus :
- 1ère analyse théorique et validation des « tailored WPT systems», véritable rupture conceptuelle. Détermination de leurs performances et limitations en termes de distance, puissance et sensibilité.
- 1er outil de conception capable de synthétiser un dispositif EM à partir d’un profil de champ proche défini.
- 1ères démonstrations expérimentales des « tailored WPT systems», et comparaison avec les solutions définissant l’état de l’art actuel en termes d’efficacité en puissance, distance de couverture et impact sur le corps humain.