Récupération d'Energie Biomécanique et Systèmes Autonomes

National audienceLa récupération d'énergie (Energy Harvesting) est une thématique en plein essor visant à utiliser l'énergie ambiante (lumière, vibrations, gradients thermiques) présente dans l'environnement direct de dispositifs électroniques (capteurs, équipements mobiles) pour les alimenter, de façon à prolonger leur durée de fonctionnement, voire à les rendre totalement autonomes. La récupération d'énergie est généralement mise en œuvre pour alimenter de petits systèmes électroniques tels que des capteurs autonomes communicants pour le transport, l'industrie ou l'habitat du fait des puissances récupérées assez faibles; appliquée au cas de l'Homme, la récupération d'énergie peut atteindre des puissances de plusieurs milliwatts voire de plusieurs watts permettant d'alimenter des systèmes plus complexes tels que des lecteurs MP3, des téléphones portables ou des systèmes de localisation GPS. De nombreuses sources d'énergie présentes dans l'environnement de l'Homme peuvent être exploitées: le soleil, le gradient thermique entre la peau et l'extérieur, la déformation des vêtements, les contraintes dans les chaussures... . Cet article se focalise plus particulièrement sur la récupération d'énergie mécanique issue du corps humain et présente des exemples de dispositifs et d'applications issus de l'état de l'art montrant que la récupération d'énergie est déjà une réalité; et qu'elle permettra sur le plus long terme d'alimenter des dispositifs placés directement à l'intérieur du corps humain tels que des implants médicaux ou des pacemakers

Récupération d'énergie vibratoire à électrets

Developed from the microelectronics industry, MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) gradually invade the market with applications in many fields such as aerospace, medicine, industry or the general public. One of the purposes of these microstructures is to allow the deployment of autonomous sensor networks, that is to say a set of structures that can collect information from their environment, process, transmit and interact between them, without any human intervention. How to power these autonomous Microsystems? Use batteries... Unfortunately, the major flaw of batteries is their lifetimes, since it will be necessary to replace or to refill them after some months or some years. Actually, thanks to miniaturization, microsystems consume less and less energy, giving them the opportunity to harvest energy from their surrounding environment (sunlight, temperature gradients...). It is also possible to harvest energy directly from ambient vibration using piezoelectric, electromagnetic or electrostatic devices. In this mid-thesis work, we focus on the study of electrostatic structures using electret (electrically charged dielectrics). From the study of electrets to the fabrication and the optimization of electrostatic energy harvesters, we expose in this report, the results we obtained during this thesis.Issus de l'industrie de la microélectronique, les MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) envahissent progressivement le marché avec des applications dans de nombreux domaines tels que l'aérospatiale, la médecine, l'industrie ou encore le grand public. Une des vocations de ces microstructures est de permettre le déploiement de réseaux de capteurs autonomes, c'est-à-dire d'un ensemble de systèmes capables de collecter des informations de leur environnement, de les traiter, de les transmettre et d'interagir entre eux, et ceci, sans intervention humaine. Comment rendre ces microsystèmes énergétiquement autonomes ? Utiliser des piles... Malheureusement, le défaut majeur des piles est leur durée de vie, puisqu'il faudra à un moment ou à un autre les recharger ou les remplacer. En fait, avec la miniaturisation, les systèmes deviennent de moins en moins consommateurs d'énergie et ceci permet de concevoir de nouvelles sources d'énergie basées sur la récupération de l'énergie ambiante (soleil, gradients de température,...). Il est par exemple possible de récupérer l'énergie des vibrations ambiantes à l'aide de systèmes piézoélectriques, électromagnétiques ou encore électrostatiques. Dans ce travail de thèse, nous nous concentrons sur l'étude de structures électrostatiques utilisant les électrets (diélectriques chargés électriquement). De l'étude des électrets à la réalisation et à l'optimisation de structures de récupération d'énergie, nous exposons dans ce mémoire, les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse

Optimization of an electret-based electrostatic energy scavenger

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Electromagnetic transducer for harvesting vibratory energy

An electromagnetic transducer for harvesting vibratory energy is provided. In particular, an electromagnetic transducer comprising a support, a central mass, and at least one spring linking the central mass to the support, the spring allowing the displacement of the central mass with respect to the support on a first axis. A set of electromagnetic transducers is also provided

Intermediate layer to improve the performances and the frequency control of acoustic power transfer systems

International audiencePowering remote sensor nodes placed behind walls without drilling holes is of great interest for many industrial processes and applications. Acoustic power transfer using two piezoelectric transducers placed on both sides of the wall is a proven technology to answer this need. In this paper, we demonstrate that the use of an intermediary layer placed between the emitter and the wall results in a strong increase of the transmitted power: experimentally, the power is multiplied by two for a given driving voltage. We also show that intermediary layers strongly simplify the identification and the control of the optimal excitation frequency

Microstructures électrostatiques de récupération d'énergie vibratoire pour les microsystèmes

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Electromagnetic transducer for harvesting vibratory energy

An electromagnetic transducer for harvesting vibratory energy is provided. In particular, an electromagnetic transducer comprising a support, a central mass, and at least one spring linking the central mass to the support, the spring allowing the displacement of the central mass with respect to the support on a first axis. A set of electromagnetic transducers is also provided

Système de mesure d'un niveau de puissance d'une source d'énergie ambiante

L'invention concerne un système comportant un ou plusieurs modules de mesure (101) comprenant chacun : - un générateur électrique (201) à récupération d'énergie ambiante ; - un élément capacitif (211) de stockage de l'énergie électrique produite par le générateur ; et - un circuit actif (221) adapté à émettre un signal radio d'indication d'évènement à chaque fois que la tension aux bornes de l'élément capacitif (211) dépasse un seuil, le système comprenant en outre une unité de réception adaptée à recevoir les signaux d'indication d'évènement émis par chaque module (101), et adaptée à mesurer une grandeur temporelle représentative de la cadence d'émission des signaux d'indication d'évènement par le module (101)

A new approach to design electromagnetic transducers for wideband electrically-tuned vibration energy harvesting

This paper focuses on the opportunities offered by electrical tuning to widen the bandwidth of Vibration Energy Harvesters (VEH) based on electromagnetic conversion. The paper shows that some electromagnetic transducer topologies are more likely than others to take advantage of the wide bandwidth performance offered by electrical tuning. Using a general model including both a resonant electromagnetic VEH and a resistive-capacitive interface with electrical tuning, we highlight the parameters of interest influencing the bandwidth of the system. Based on these results, we develop an efficient optimization approach suitable for any electromagnetic transducer topology. The full optimization of different transducer topologies shows that the one that is based on variable reluctance is the best in terms of bandwidth-related performances

Nonlinearities influences on performances of a strongly-coupled piezoelectric generator for broadband vibration energy harvesting

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