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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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Lire l’articleAuteur(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)
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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.
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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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Récupération d'énergie mécanique. Structures électrostatiques5. Conclusion et perspectives
Les systèmes de récupération d'énergie mécanique électrostatiques connaissent un essor depuis le début des années 2000 avec la réalisation de nombreux prototypes dans les laboratoires de recherche. L'intégration des électrets a permis de pallier le problème de la charge initiale et également de simplifier l'électronique associée.
Bien que ces structures présentent de nombreux intérêts en termes d'intégration et de densités de puissance, aucun système n'est commercialisé à l'heure actuelle, contrairement aux systèmes piézoélectriques et électromagnétiques. La raison principale est que le principe électrostatique n'est intéressant qu'en petites dimensions. Or, à l'heure actuelle, les besoins en énergie des applications (~ 1 mW) ne sont pas encore tout à fait en adéquation avec ce que peut fournir une microsource d'énergie (quelques dizaines de microwatts) et il est donc plus simple de développer des solutions macroscopiques piézoélectriques ou électromagnétiques. Il est toutefois probable que des solutions complètement intégrées pour capter des informations simples telles que la pression ou la température fassent leur apparition dans un avenir proche. Les puissances nécessaires ne dépassent alors pas la centaine de microwatts et les structures électrostatiques peuvent devenir une solution efficace pour la récupération d'énergie.
Ainsi, on peut s'attendre, dès 2012, à un passage de la phase de recherche à la phase industrielle des structures électrostatiques de récupération d'énergie. Des sociétés comme Sanyo ou Omron sont déjà fortement impliquées dans le domaine. Contrairement aux systèmes piézoélectriques ou électromagnétiques, les structures de récupération...
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