Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les microsystèmes électromécaniques (MEMS) sont présents dans de nombreux domaines tels que le transport, la défense ou les télécommunications, et permettent, sur de petites surfaces, de réaliser des fonctions de capteurs et d'actionneurs. Pour ce faire, le MEMS a besoin d'une source d'énergie. Jusqu'à présent cette fonction est assurée par des batteries dont le principal défaut est la durée de vie. Une solution consiste donc à récupérer l'énergie dans l'environnement immédiat du microsystème. Cet article s'intéresse à la récupération de l'énergie vibratoire par des systèmes électrostatiques, et présente les principes de conversion ainsi qu'un état de l'art.
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Microelectromechanical systems (MEMS) are used in a large number of domains such as transportation, defense and telecommunications and can function as sensors or actuators on small surfaces. In order to achieve this, MEMS need a source of energy. This function has until now been ensured by batteries whose major drawback is their short lifetime. A solution consists in recovering the energy present in the immediate environment of the microsystem. This article deals with the recovery of vibrational energy by electrostatic systems and presents the conversion principles as well as the state-of-the-art methods.
Auteur(s)
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Sébastien BOISSEAU : Doctorant, CEA-LETI (Grenoble)
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Ghislain DESPESSE : Docteur-Ingénieur de recherche, CEA-LETI (Grenoble)
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Jean-Jacques CHAILLOUT : Docteur-Ingénieur de recherche, CEA-LETI (Grenoble)
-
Alain SYLVESTRE : Maître de conférences, Université Joseph Fourier et laboratoire de Génie électrique de Grenoble (G2ELab)
INTRODUCTION
Les MEMS (microsystèmes électromécaniques) sont présents dans de nombreux domaines tels que le transport, la défense ou les télécommunications... et permettent, sur de petites surfaces, de réaliser des fonctions de capteurs et d'actionneurs. Pour ce faire, le MEMS a besoin d'une source d'énergie. Jusqu'à présent, cette fonction est assurée par des batteries dont le principal défaut est la durée de vie limitée. Une solution consiste donc à récupérer l'énergie dans l'environnement immédiat du microsystème. Nous nous intéressons ici à la récupération de l'énergie vibratoire par des systèmes électrostatiques, et en présentons les principes de conversion, ainsi qu'un état de l'art.
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) are present in many fields such as transportation, defense and telecommunications... and can, with small dimensions, perform functions of sensors and actuators. To do so, MEMS require a source of energy. So far, this function is provided by batteries whose main fault is the limited lifetime. One solution is to harvest energy in the immediate vicinity of the microsystem. Here we focus on the harvesting of vibrational energy by electrostatic systems, and present the principles of conversion and a state of the art.
MEMS, récupération d'énergie, systèmes autonomes, électrets, systèmes capacitifs, systèmes électrostatiques, vibrations, conversion d'énergie, smart dusts, décharge Corona
energy harvesting, autonomous systems, electrets, capacitive systems, MEMS, electrostatic systems, vibrations, converters, smart dusts, Corona discharge
Domaine : énergie
Degré de diffusion de la technologie : Émergence
Technologies impliquées : électrets, fabrication microsystèmes, électronique
Domaines d'application : systèmes autonomes, capteurs sans fils, récupération d'énergie
Principaux acteurs français :
Centres de compétence : CEA Grenoble, ESIEE
Autres acteurs dans le monde : IMEC, Université de Tokyo, Caltech, Imperial College London, Omron, Sanyo
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Conclusion et perspectives
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4. Bilan et limites
4.1 Récapitulatif des systèmes existants
Les tableaux 3 et 4 dressent un bilan des systèmes de récupération d'énergie électrostatiques avec et sans électret que l'on peut trouver dans la littérature aujourd'hui.
Le tableau 4 montre ainsi une augmentation importante du nombre de systèmes de récupération d'énergie à base d'électrets depuis 2003 ainsi que l'implication de sociétés comme Sanyo ou Omron dans le développement de ces solutions.
HAUT DE PAGE4.2 Limites et challenges de ces systèmes
La question de l'intégration est une problématique commune à tous les systèmes de récupération d'énergie. En effet, la puissance de sortie d'un système de récupération d'énergie mécanique résonant est plus ou moins proportionnelle à la masse mobile et nous retiendrons en premier ordre de grandeur que pour des vibrations ambiantes (50 μmpp à 50 Hz) la puissance récupérable atteint 10 μW par gramme de masse mobile. Pour des raisons de densités et de stabilité des structures, la masse mobile est liée à la dimension du système ; c'est pourquoi, pour espérer récupérer des puissances de l'ordre de quelques dizaines de microwatts à vibrations ambiantes, il est difficile d'imaginer des systèmes d'une taille inférieure à 1 cm × 1 cm.
HAUT DE PAGE
Les vibrations ambiantes sont généralement de basses fréquences (typiquement inférieures à 150 Hz). De plus, en observant le spectre en fréquence de ces accélérations, on remarque que les vibrations sont étalées en fréquences. Cela implique l'utilisation de systèmes basses fréquences...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Technology review MIT - 10 Emerging technologies that will change the world. -
-
(2) - CUADRAS (A.), GASULLA (M.), GHISLA (A.), FERRARI (V.) - Energy harvesting from PZT pyroelectric cells. - Proc. IMTC'06 (2006).
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(3) - ROUNDY (S.J.) - Energy scavenging for wireless sensor nodes with a focus on vibration to electricity conversion. - PhD. Thesis, the university of California, Berkeley (2003).
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(4) - MITCHESON (P.), YEATMAN (E.), RAO (G.), HOLMES (A.), GREEN (T.) - Energy harvesting from human and machine motion for wireless electronic devices. - Proceedings of the IEEE 96 (2008).
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(5) - DESPESSE (G.) - Étude des phénomènes physiques utilisables pour alimenter en énergie électrique des micro-systèmes communicants. - Thèse INPG (2005).
-
(6) - KHBEIS (M.), McGEE (J.), RICHARDSON (C.), GHODSSI (R.) - Design...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
EHG - Energy Harvesting Group http://www.linkedin.com
Energy Harvesting and MicroPower http://www.linkedin.com
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Conférence PowerMEMS http://www.powermems.org
Conférence MEMS http://ieeemems.org
International Symposium on Electrets
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Procédé et dispositif de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique FR2896635.
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