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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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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.
MEMS, récupération d'énergie, systèmes autonomes, électrets, systèmes capacitifs, systèmes électrostatiques, vibrations, conversion d'énergie, smart dusts, décharge Corona
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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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3. Structures de récupération d'énergie mécanique par phénomènes électrostatiques
3.1 Structures mécaniques de base
Les structures électrostatiques permettant de récupérer de l'énergie ressemblent toutes plus ou moins à l'une des quatre structures de base présentées sur la figure 13.
HAUT DE PAGE3.2 Structures électrostatiques sans électret
La première structure de récupération d'énergie électrostatique MEMS a été développée au MIT par Chandrakasan et al. en 2001 . Les cycles de fonctionnement (charge constante et tension constante) sont décrits et il est démontré que le cycle à tension constante permet de maximiser la puissance de sortie dans le cas des structures dans le plan. La structure mécanique choisie était de type in-plane overlap (figure 13b). Cette structure a évolué et, bien que le cycle à charge constante ne maximise pas la puissance de sortie, c'est ce mode qui fut choisi pour des raisons de facilité de conception de l'électronique.
Comme nous l'avons vu, les structures électrostatiques peuvent être particulièrement bien adaptées à la récupération d'énergie en basses fréquences (< 100 Hz). Ainsi, en 2002, Tashiro et al. ...
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