Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
La récupération d'énergie dans l'environnement et sa conversion en électricité ont pour objectif d'augmenter l'autonomie de systèmes portables ou abandonnés, en remplaçant ou en complétant leur source primaire d'alimentation. Cette approche permet ainsi de réduire le nombre des piles ou batteries, communément utilisées pour alimenter ces systèmes, mais également éléments très polluants pour l'environnement. La récupération d'énergie peut utiliser différentes sources telles que le rayonnement solaire, les flux thermiques ou les vibrations mécaniques. L'énergie mécanique disponible dans notre environnement est une source d'énergie de densité importante, présente dans tous les milieux même hostiles. Il s'avère donc intéressant de convertir cette énergie en électricité pour alimenter des capteurs ou des actionneurs. Dans cet article est présenté le principe de fonctionnement de la récupération des vibrations mécaniques. Sont aussi déclinés les trois principaux modes de transduction, par effet piézoélectrique, électrostatique et électromagnétique, comparés ensuite du point de vue de l'efficacité, du rendement, ainsi que de leur intégration et leur miniaturisation.
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INTRODUCTION
Les capteurs embarqués ont gagné en précision, fiabilité, robustesse tout en se miniaturisant mais ils sont toujours limités par la durée de vie de leur système d'alimentation électrique. Une alternative prometteuse est de récupérer l'énergie mécanique ambiante afin d'assurer l'autonomie énergétique d'appareils nomades. Cette démarche possède un fort potentiel d'innovation, de miniaturisation, de respect des enjeux écologiques et s'inscrit dans la thématique des énergies renouvelables.
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Générateurs piézoélectriques
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2. Principe de conversion
2.1 Systèmes résonants
La récupération de l'énergie de vibrations mécaniques est basée sur l'utilisation d'un système inertiel résonant possédant une fréquence propre égale ou proche de celle de l'excitation que subit le système. Usuellement, on différencie trois familles de générateurs :
-
les générateurs résonants avec un amortissement proportionnel à la vitesse ;
-
les générateurs résonants avec une force d'amortissement ayant une amplitude constante et opposée au déplacement ;
-
les générateurs paramétriques fonctionnant hors résonance.
Si la fréquence d'excitation est proche ou supérieure à la fréquence de résonance du système, les générateurs à amortissement proportionnel à la vitesse sont les plus performants. Si elle est inférieure, ce sont les générateurs à force d'amortissement constante qui deviennent plus efficaces. Les générateurs paramétriques s'utilisent par exemple si la fréquence de résonance n'est pas connue ou si il est impossible de dimensionner un système résonant à la fréquence d'excitation.
HAUT DE PAGE2.1.1 Modèle élémentaire des systèmes inertiels résonants
Un système inertiel, représenté sur la figure 2 , est composé d'une masse m mise en mouvement relatif...
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Principe de conversion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROUNDY (S.), WRIGHT (P.K.), RABAEY (J.) - A study of low level vibrations as a power source for wireless sensor nodes. - Computer communications, vol. 26, p. 1131-1144 (2003).
-
(2) - MARZENCKI (M.) - Conception de microgénérateurs intégrés pour systèmes sur puces autonomes. - Thèse de doctorat, Université Joseph Fourier, Grenoble (2007) http://tel.archivesouvertes.fr/tel-00163796/fr/
-
(3) - DESPESSE (G.) - Étude des phénomènes physiques utilisables pour alimenter en énergie électrique des microsystèmes communicants. - Thèse de doctorat, Institut National Polytechnique de Grenoble, Grenoble (2005) http://tel.archivesouvertes.fr/tel-00162518/fr/
-
(4) - SHENCK (N.S.), PARADISO (J.A.) - Energy scavenging with shoe-mounted piezoelectrics. - IEEE Micro, vol. 21(3), p. 30-42 (2001).
-
(5) - ROME (L.C.), FLYNN (L.), GOLDMAN (E.M.), YOO (T.D.) - Generating electricity while walking with loads. - Science, vol. 309 (2005).
-
...
ANNEXES
Free Energy Group http://freeenergygroup.com/
Energy harvesting journal http://www.energyharvestingjournal.com/
EAPAD, polymères électroactifs http://ndeaa.jpl.nasa.gov/
European Scientific Network for Artificial Muscles http://www.ensam.eu
HAUT DE PAGE
PowerMEMS http://powermems.org/
Nanotech http://www.nsti.org/
Transducer http://transducers2009.org/
SPIE/Electroactive polymer actuators and device http://spie.org/
HAUT DE PAGE
Sociétés commercialisant des systèmes de récupération d'énergie mécanique basés sur une solution électromagnétique :
Perpetuum Ltd http://www.perpetuum.co.uk
Kinetron http://www.kinetron.nl
Applied...
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