Communications sans fil : améliorer la qualité tout en diminuant les émissions
Les chercheurs de l’Institut Langevin ont mis au point des « murs intelligents » qui réfléchissent les ondes électromagnétiques de façon optimale vers tout récepteur situé dans une pièce, que ce soit un téléphone portable, un ordinateur ou un objet connecté.
Après avoir élaboré l’ensemble de la stratégie de propriété industrielle nécessaire avec le CNRS, Mathias Fink, médaillé de l'innovation 2011 du CNRS, Geoffroy Lerosey, deux chercheurs de l'Institut Langevin (1) à l'ESPCI, et leurs deux doctorants, Nadège Kaina et Matthieu Dupré ont publié (2) récemment les résultats de leur recherche dans la revue Scientific Reports.
Le principe de fonctionnement des murs (ou plutôt de ces portions de murs intelligents), conçus par ces chercheurs, est littéralement de recycler l’énergie électromagnétique incidente dans une pièce pour la concentrer à l’endroit où sont situés le ou les récepteurs.
Le signal reçu par une antenne dans une pièce ne provient pratiquement jamais d’une unique direction. Il résulte en fait de l’addition de toutes les ondes qui ont été réfléchies de multiples fois sur les murs, sur le mobilier et sur les objets situés dans la pièce.
L’amplitude du signal qui atteint l’antenne de réception (téléphone portable, ordinateurs…) est souvent faible car ces différentes ondes peuvent arriver avec des signes opposés en se détruisant au niveau de l’antenne plutôt qu’en s’additionnant. L’idée des chercheurs est de positionner sur un mur, un miroir formé de nombreux petits éléments réfléchissants qui, chacun, peut réfléchir les ondes incidentes, soit sans modification, soit en inversant le signe de l’onde. Un algorithme contrôle l’état de chaque réflecteur individuel pour maximiser à chaque moment le niveau du signal capté par l’antenne de réception. Lorsque toutes les ondes réfléchies arrivent sur l’antenne avec le même signe elles s’additionnent et donnent alors un signal très fort et hautement focalisé.
En fabriquant un premier prototype d’une surface de 0,4 m² comprenant 102 éléments, les chercheurs de l’Institut Langevin ont démontré qu’ils augmentaient en moyenne l’énergie électromagnétique reçue d’un facteur 10.
Les perspectives ouvertes par un tel dispositif qui est par ailleurs totalement passif – il ne réémet pas d’ondes supplémentaires mais ne fait que modifier le signe de certaines ondes réfléchies – sont nombreuses. Il peut tout d'abord permettre, dans un endroit où le niveau de signal est habituellement trop faible, d'avoir une qualité de signal suffisante pour obtenir une très bonne communication.
A l'inverse, si l'on se trouve dans un environnement où le niveau de signal électromagnétique est très fort, ce système permet de diminuer son amplitude pour protéger certains endroits (comme la tête d'un enfant dans une pièce où les box WiFI émettent).
Enfin, si cette technologie était standardisée dans la construction de nouveaux bâtiments intelligents, elle permettrait de réduire les niveaux d’émission des antennes relais et des box Wifi d’un facteur très significatif (10). Sachant que pour alimenter toutes les antennes relais en Europe, l’équivalent de deux centrales nucléaires sont consommées, ce dispositif permettrait non seulement de grandes économies d’énergie mais aussi un niveau moyen d’ondes électromagnétiques bien plus faible dans l’environnement, sujet majeur de santé publique.
Fort de leur expérience en création de start-up à succès, notamment avec le CNRS, et au vu des nombreuses potentialités et applications de ce concept, les chercheurs de l’Institut Langevin ont convaincu des ingénieurs Telecom d’expérience de créer une société pour développer et commercialiser cette technologie. La mise en place des aspects juridiques et contractuels est en cours avec le CNRS et FIST pour favoriser ce projet.
L'équipe dirigeante a commencé à chercher des investisseurs pour introduire la technologie sur le marché dans un avenir proche. Les précédents succès obtenus par les technologies de l’Institut Langevin ont permis la création de cinq start-up (Echosens, Sensitive Object, Supersonic Imagine, Time-Reversal Communications et LLTECH) qui emploient aujourd’hui plus de 300 personnes. Ces résultats devraient permettre de conforter les futurs investisseurs sur leur aptitude à créer de belles innovations qui peuvent se transformer en succès commercial tout en œuvrant pour la société.
Notes:
(1) Institut Langevin ondes et images (CNRS/ESPCI Paristech/Université Pierre et Marie Curie/Université Paris Diderot/INSERM).
(2) Kaina et al., Shaping complex microwave fields in reverberating media with binary tunable metasurfaces, Scientific Reports, vol. 4 n° 6693, 21 octobre 2014).
