Microstructures électrostatiques de récupération d'énergie vibratoire pour les microsystèmes : Dossier complet

1.1 - Objectifs de la récupération d'énergie pour les microsystèmes
1.2 - Récupération d'énergie vibratoire
1.3 - Intérêt des structures électrostatiques

Tableau 1

2 - Principe de la récupération d'énergie mécanique par systèmes électrostatiques

2.1 - Prérequis : phénomènes vibratoires et systèmes résonants
2.2 - Modélisation des structures résonantes – Application à la récupération d'énergie
2.3 - Principe de la conversion

Figure 4 - Cycles de conversion Figure 5 - Cycle à charge constante Figure 6 - Cycle à tension constante
2.4 - Utilisation des électrets

Figure 11 - Paramétrage du système Tableau 2

3 - Structures de récupération d'énergie mécanique par phénomènes électrostatiques

3.1 - Structures mécaniques de base
3.2 - Structures électrostatiques sans électret
3.3 - Structures électrostatiques à électrets

4 - Bilan et limites

4.1 - Récapitulatif des systèmes existants

Tableau 3 Tableau 4
4.2 - Limites et challenges de ces systèmes

5 - Conclusion et perspectives

Présentation

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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Auteur(s)

Sébastien BOISSEAU : Doctorant, CEA-LETI (Grenoble)
Ghislain DESPESSE : Docteur-Ingénieur de recherche, CEA-LETI (Grenoble)
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

Résumé

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.

Abstract

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.

Mots-clés

MEMS, récupération d'énergie, systèmes autonomes, électrets, systèmes capacitifs, systèmes électrostatiques, vibrations, conversion d'énergie, smart dusts, décharge Corona

Keywords

energy harvesting, autonomous systems, electrets, capacitive systems, MEMS, electrostatic systems, vibrations, converters, smart dusts, Corona discharge

Points clés

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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