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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Présentation
Principe de la récupération d'énergie mécanique par systèmes électrostatiques
En anglais
1. Récupération d'énergie mécanique. Structures électrostatiques
1.1 Objectifs de la récupération d'énergie pour les microsystèmes
Les MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems ) sont des microsystèmes issus de l'industrie de la micro-électronique et composés d'éléments mécaniques et électroniques permettant de réaliser des fonctions de capteurs (pression, accélération, masse...) ou d'actuateurs (moteurs...). Ils sont d'ores et déjà utilisés dans de nombreux domaines tels que les télécommunications, la médecine, l'automobile, l'aéronautique ou encore la biologie.
Grâce aux microsystèmes et à la réduction des dimensions des fonctions élémentaires, il est aujourd'hui possible d'imaginer des systèmes complets, intelligents, capables de récupérer une information (accélération, pression...), de la traiter et de la transmettre. Ces microsystèmes, communément appelés smart dusts ou « poussières intelligentes », peuvent alors devenir les briques élémentaires de réseaux de capteurs sans fil .
Pour qu'un système électronique puisse fonctionner, il est nécessaire de l'alimenter en électricité, d'où la nécessité de disposer d'une source d'énergie. Pour des raisons de simplicité et de coûts, dans des environnements difficiles d'accès, l'idéal serait que ces sources soient capables de fonctionner pendant des années sans intervention humaine. La récupération d'énergie permet de résoudre ce problème en puisant l'énergie utile à l'application directement dans l'environnement (soleil, vent, vibrations...).
Pour fixer les ordres de grandeurs, le graphique de la figure 1 donne une estimation des puissances nécessaires...
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Récupération d'énergie mécanique. Structures électrostatiques
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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