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Publié le 26 octobre 2011
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20 octobre 2011 | Plan d'accès
14H - 16H
Maison des Micro et Nano Technologies  Parvis louis Néel  à Grenoble

La récupération d'énergie vibratoire à électrets

Sujet

La récupération d'énergie vibratoire à électrets

Résumé

 Issus de l'industrie de la microélectronique, les MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) envahissent progressivement le marché avec des applications dans de nombreux domaines tels que le transport, la médecine, l'industrie ou encore le grand public. Une des vocations de ces microstructures est de permettre le déploiement de réseaux de capteurs autonomes capables de collecter des informations de l'environnement (pression, température, vibrations,...), de les traiter et de les transmettre sans intervention humaine.

De plus, grâce à la miniaturisation, les systèmes deviennent de moins en moins consommateurs d'énergie : ceci permet d'envisager, pour leur alimentation, de nouvelles sources d'énergie basées sur la récupération de l'énergie ambiante (soleil, température, vibrations...). Dans ce travail de thèse, nous nous concentrons sur la récupération de l'énergie mécanique de vibration à l'aide de structures électrostatiques utilisant les électrets (diélectriques chargés électriquement).

Nous avons tout d'abord axé nos efforts sur la modélisation des structures de récupération d'énergie à électrets. Ce modèle nous a permis de développer un procédé d'optimisation de la structure de conversion et de déterminer nos besoins matériau' (épaisseur, charge injectée, pas de texturation).

Nous avons travaillé par ailleurs sur la stabilisation des charges dans des couches minces d'oxyde de silicium thermique et nous avons développé une méthode permettant de conserver une densité surfacique de charges de 7mC/m² pendant plus d'un an sur une épaisseur de 500nm. Nous avons également travaillé sur une technique permettant de charger des électrets texturés tout en conservant les propriétés de stabilité.

Les résultats des modélisations et les résultats expérimentaux sur les électrets ont mené à la conception et à la fabrication de 3 prototypes : un premier prototype simple à base d'une poutre qui nous a permis de produire 50µW avec des vibrations de 0,1G@50Hz, un second prototype macroscopique réalisé en acier (8µW@0,15G) et un troisième prototype en silicium fabriqué en salle blanche (250nW@0,066G).

Nous avons finalement conçu une électronique de gestion et notamment un comparateur très basse consommation ainsi qu'un circuit de conversion haute tension (>50 V) basse tension (3V) sur la base d'une structure de type flyback.


Encadrement

A. Sylvestre (G2Elab ) et G. Despesse (CEA-LETI).

Membres du jury

S. Ballandras (Rapporteur,Femto-ST, Besançon),

L. Petit (Rapporteur, Insa de Lyon),

S. Basrour (UJF),

F. Costa (Univ. Créteil),

L. Dascalescu (Univ. Poitiers, Angoulême),

J.F. Rouchon (ENSEEIHT, Toulouse).


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mise à jour le 26 octobre 2011

Contact

Sebastien BOISSEAU
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G2ELAB
Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble
Bâtiment GreEn-ER, 21 avenue des martyrs, CS 90624
38031 Grenoble CEDEX 1
FRANCE

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