« Nous pouvons transmettre de l’énergie par laser » : une percée à 53 % d’efficacité bouleverse l’alimentation des zones isolées

Les convertisseurs photoniques ou à laser sont des éléments essentiels dans les systèmes alimentés par la lumière. Ces dispositifs transforment la lumière laser en énergie électrique avec une efficacité remarquable de 53 %, produisant plus de 2 volts à leur point de puissance maximal. Grâce à des recherches menées à l’université d’Ottawa, une nouvelle approche permet désormais de transmettre l’énergie vers des destinations éloignées à l’aide d’une simple fibre optique, même dans les environnements les plus difficiles. Cet avancement pourrait révolutionner l’intégration des solutions d’alimentation à distance par laser dans l’infrastructure existante des fibres optiques.

Communication fiable dans des endroits éloignés et situations extrêmes

Les chercheurs soulignent que cette innovation pourrait ouvrir la voie à une connectivité améliorée et à des communications plus fiables dans des endroits éloignés et des situations extrêmes. Selon le professeur Karin Hinzernorth de l’université d’Ottawa, qui a collaboré avec l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire en Allemagne, les systèmes traditionnels de transmission d’énergie par fibre perdent la majeure partie de la lumière laser. Avec ces nouveaux dispositifs, la longueur des fibres peut être considérablement augmentée. Les chercheurs du SUNLAB ont développé un modèle de simulation pour les convertisseurs de puissance photoniques multi-jonctions fonctionnant à des longueurs d’onde infrarouges utilisées pour les télécommunications, qui présentent de faibles pertes d’atténuation par kilomètre de fibre.

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Amélioration spectaculaire de la transmission d’énergie et de données

Gavin Forcade, premier auteur de cette étude, a déclaré que le dispositif fabriqué montre une amélioration spectaculaire de la transmission d’énergie et de données sur des distances supérieures à un kilomètre, là où les systèmes traditionnels ne sont pas viables. Les dispositifs multi-jonctions sont construits en empilant de nombreuses jonctions semi-conductrices qui absorbent la lumière, ce qui permet de convertir plus de lumière laser totale en énergie électrique, atteignant ainsi des efficacités et des tensions plus élevées. En utilisant ce modèle, les équipes ont pu concevoir et fabriquer un convertisseur de puissance photonique produisant plus de 2 volts à son point de puissance maximal avec une efficacité supérieure à 53 %.

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La technologie peut créer des réseaux plus rapides et plus robustes

L’adoption des convertisseurs de puissance photoniques à des longueurs d’onde de télécommunications pourrait conduire à des réseaux de télécommunications plus fiables, réduire les coûts en améliorant la performance des systèmes et créer des réseaux plus rapides et plus robustes. Cela pourrait bénéficier à de nombreuses technologies telles que la surveillance des réseaux intelligents, les capteurs de surveillance des pales d’éoliennes résistants à la foudre, les capteurs sous-marins, les liaisons vidéo à distance, et bien d’autres. Selon Hinzer, président de recherche en dispositifs photoniques pour l’énergie à l’université, cette avancée pourrait améliorer l’alimentation des capteurs de haute tension et de surveillance pour les réseaux intelligents sans risque de défauts de foudre, réduire les risques d’étincelles dans les environnements dangereux, et potentiellement transmettre de l’énergie et des données simultanément à des dispositifs éloignés sur l’infrastructure existante en fibre optique.

Vers une efficacité accrue des convertisseurs de puissance photoniques

Les chercheurs ont également révélé que les convertisseurs de puissance photoniques ou à laser sont des composants essentiels des systèmes alimentés par la lumière. Cependant, leur utilisation dans les applications à longue distance a été entravée par de faibles efficacités et tensions de sortie dans la fenêtre de transmission optique des longueurs d’onde laser de 1,3 à 1,6 µm. Les chercheurs ont amélioré et simplifié les processus de conception et de caractérisation des convertisseurs de puissance photoniques, dépassant 50 % d’efficacité sous une lumière laser de 1,446 µm. Ils ont développé un modèle calibré prédisant des gains d’efficacité avec l’augmentation de la bande interdite, atteignant jusqu’à 57 % d’efficacité à une longueur d’onde de 1,3 µm. En guise de première démonstration, ils ont produit un dispositif haute efficacité conçu par le modèle : un convertisseur de puissance photonique InGaAsP à quatre jonctions avec une efficacité de conversion de 53,6 % ± 1,3 % et une tension de sortie supérieure à 2 V sous 15,2 W/cm² de lumière laser de 1,446 µm.

Ces avancées dans la transmission d’énergie et de données par laser ouvrent de nouvelles perspectives pour les applications à distance dans des environnements difficiles. Alors que la technologie continue d’évoluer, quelles autres innovations pourraient émerger pour transformer notre manière de transmettre l’énergie et les données à travers le monde ?

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