Un laser pour recharger les drones en plein vol
La jeune pousse suisse LakeDiamond travaille à la mise au point d'un système laser permettant, via un panneau photovoltaïque, de recharger un drone directement en vol. Au coeur du dispositif : des diamants nanostructurés de très haute pureté.
Une dizaine de minutes, parfois une vingtaine ; une demi-heure tout au plus… Faire voler un drone reste aujourd’hui une expérience fugace. En cause : l’importante consommation énergétique des moteurs, qui grève l’autonomie de leurs batteries. Mais un concept de recharge sans-fil imaginé par la start-up suisse LakeDiamond pourrait bientôt conférer à ces aéronefs sans pilote une capacité de vol quasi-perpétuelle. Son principe de base : pointer vers le drone un puissant rayon laser. Cette technique, dite de « power beaming », permet de recharger en continu la batterie de l’appareil via des cellules photovoltaïques.
« Actuellement, le seul dispositif d’alimentation en vol disponible sur le marché est une solution câblée. Même si elle s’avère utile pour quelques applications spécifiques, elle fait perdre au drone toute sa flexibilité », expose Nicolas Malpiece, responsable du projet Power Beaming chez LakeDiamond ; jeune pousse issue du Laboratoire de physique des nanostructures (LPN) de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), dirigé par le Professeur Eli Kapon. Pour s’affranchir de cette limitation, les chercheurs suisses ont donc fait appel à une source lumineuse bien connue - le laser -, à laquelle ils sont parvenus à conférer des qualités uniques.
Conjuguer puissance et excellence optique
« Notre technologie laser se démarque par sa longueur d’onde - située dans l’infrarouge - et qui permet d’obtenir un laser d’une grande puissance, mais aussi, et surtout, par la qualité du faisceau généré, large et très peu divergeant », avance Nicolas Malpiece. De quoi conjuguer puissance et excellence optique, deux qualités pourtant a priori difficiles à concilier. Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs ont entièrement repensé la structure conventionnelle de la cavité laser. Ils ont en effet substitué aux deux miroirs semi-réfléchissants qui enserrent habituellement une couche semi-conductrice deux cristaux synthétiques novateurs : des diamants nanostructurés. En plus de leurs propriétés optiques incomparables, ces assemblages d’atomes de carbone permettent d’optimiser la dissipation thermique. Un élément clé, comme le souligne Nicolas Malpiece : « Le diamant – l’un des meilleurs conducteurs thermiques au monde – permet de dissiper très rapidement la chaleur et donc d’augmenter la puissance du faisceau laser. »
La naissance de ces diamants nanostructurés débute par un « dépôt chimique en phase vapeur ». « Une méthode de dépôt sous vide, qui, à partir de précurseurs gazeux, permet de déposer des atomes les uns après les autres : en l’occurrence du carbone pour le diamant, explique Nicolas Malpiece. Cela permet d’obtenir un diamant monocristallin avec très peu d’impuretés, et donc avec d’excellentes propriétés optiques. » Un premier pas vers la performance, auquel succède une seconde étape cruciale : la nanostructuration. « Le procédé se poursuit par la gravure d’un réseau de lignes nanoscopiques à la surface du diamant. Cette grille permet d’incorporer le diamant dans la cavité laser pour dissiper encore mieux la chaleur », dévoile Nicolas Malpiece.
Un démonstrateur en 2019
Issu du travail de Niels Quack, Professeur à la faculté des Sciences et Techniques de l’Ingénieur de l’EPFL, le procédé de nanostructuration est breveté. La start-up suisse en a ainsi fait l’une des clés de voute de son futur dispositif de recharge laser, qui vit d’ailleurs ses derniers mois de gestation.
Cette solution devrait en effet prendre naissance sous forme d’un démonstrateur en début d’année prochaine, le temps notamment d’achever la mise au point d’une station de contrôle au sol. « Elle permettra de réguler le faisceau et de l’orienter en continu vers le drone afin de l’alimenter en vol », précise le responsable Power Beaming de LakeDiamond. Faire voler un drone, une expérience aujourd’hui plutôt fugace, mais que la start-up suisse entend bien transformer en un plaisir quasi… illimité !
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