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.
L'expertise technique et scientifique de référence
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Principe de conversion
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1. Récupération de l’énergie mécanique ambiante
Claire JEAN-MISTRAL est Docteur en Génie électrique de l’Université Joseph Fourier Grenoble et Post-doctorante au laboratoire des Techniques de l’informatique et de la microélectronique pour l’architecture des systèmes intégrés (TIMA) – Grenoble.
Skandar BASROUR est Professeur à l’Université Joseph Fourier Grenoble et Responsable du groupe micro et nanosystèmes au laboratoire TIMA.
Ils conçoivent et développent des microsystèmes autonomes et communicants, capables de récupérer l’énergie mécanique ambiante, de la convertir pour alimenter un capteur et de transférer des mesures.
1.1 Contexte
Dans notre environnement, diverses sources d'énergie ambiante sont disponibles et leur conversion en énergie électrique est un défi majeur pour accroître l'autonomie de systèmes isolés ou abandonnés. À chaque environnement peut correspondre une ou plusieurs sources d'énergie telles que la lumière, le vent, les gradients thermiques, les vibrations mécaniques. Pour chacune de ces sources, un ou plusieurs principes de conversion permettant de générer de l'électricité existent. Parmi ces sources, le rayonnement solaire fournit la plus haute densité de puissance (15 000 μW · cm–3), suivi par les flux d'air et les vibrations mécaniques (300 μW · cm–3), et enfin par les gradients thermiques (40 μW · cm–3) . L'énergie mécanique comme source primaire d'énergie, apparaît comme incontournable dans un certain nombre d'applications qui ne sont peu ou pas accessibles à la lumière.
Ainsi, l'énergie solaire n'est pas appropriée pour rendre autonome un capteur de pression au niveau d'un pneu de voiture, contrairement à l'énergie d'origine mécanique disponible lors du roulage.
Les vibrations mécaniques ambiantes sont présentes en abondance à...
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Récupération de l’énergie mécanique ambiante
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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