Thème : Valorisation de micro-sources d’énergies ambiantes

Ce thème concerne la valorisation des énergies ambiantes, en utilisant des générateurs piézoélectriques ou électromagnétiques pour la récupération d’énergie vibratoire et en utilisant des micro-machines thermiques pour l’exploitation de sources thermiques basse température (<200°C).

Récupération d’énergie vibratoire

Les systèmes de récupération d’énergie vibratoire génèrent de l’électricité à partir des vibrations ambiantes. Ils sont une alternativ

e à l’utilisation de piles électrochimiques pour l’alimentation de systèmes électroniques communicants basse consommation. Ils mettent généralement en œuvre un oscillateur mécanique afin d’amplifier les vibrations ambiantes, un transducteur électromécanique utilisé pour convertir l’énergie mécanique au sein de la structure oscillante en électricité et un circuit électronique dédié à l’extraction et au stockage de l’énergie générée.

Les travaux de recherche entrepris visent à lever trois verrous principaux à l’application en situation réelle des systèmes de récupération d’énergie vibratoire :

  • la faible densité de puissance des générateurs dont le coefficient de couplage est modéré ;
  • la faible bande passante des générateurs utilisant un oscillateur linéaire ;
  • la dépendance du transfert d’énergie à la charge électrique qui ne peut être résolue simplement par la mise en œuvre d’une solution classique de type MPPT.

 

L’utilisation d’oscillateurs électromécaniques non-linéaires bistables ou raidissants est explorée pour améliorer la réponse fréquentielle des générateurs. Des travaux portent également sur l’optimisation du transducteur électromécanique, électromagnétique ou piézoélectrique, le but étant de maximiser le coefficient de couplage électromécanique (c’est à dire la capacité du transducteur à convertir un maximum d’énergie à chaque cycle de vibration) et de minimiser les pertes électriques.

Finalement, en remarquant que les méthodes développées pour l’amortissement vibratoire semi-passif étaient particulièrement efficaces pour extraire l’énergie de structures électromécaniques, elles ont été adaptées pour constituer une classe de circuits dédiés à la récupération d’énergie. Les techniques développées sont compatibles avec des vibrations large bande et permettent :

  • d’améliorer la puissance récupérée, notamment dans le cas de générateurs faiblement couplés ;
  • de découpler le transfert d’énergie de l’état de charge électrique ;
  • de modifier la fréquence de résonance d’un générateur suffisamment couplé ;
  • de combiner les trois effets précédents.

 

Valorisation de l’énergie thermique

L’objectif est de proposer une technologie de valorisation de l’énergie thermique basse température (<200°C) en la convertissant en énergie électrique. Les travaux portent sur le développement de micromachines (cylindrée typique : 1mm3) thermodynamiques susceptibles de convertir de l’énergie thermique en énergie électrique. Ces dispositifs sont réalisés par des procédés de fabrication collective afin de diminuer leur coût unitaire et les assembler en cluster permettant de produire quelques kW/m2.

 

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