Récupération adaptative des énergies ambiantes pour l'alimentation de microsystèmes autonomes – SESAM

Le progrès rapide qu’a connu le domaine de la microélectronique a marqué une nouvelle tendance vers une intégration généralisée des systèmes. Cette évolution a fait apparaître des réseaux de capteurs autonomes et communicants qui sont appelés à transformer en profondeur notre environnement technologique. Les applications envisagées ne cessent de croître : tag RFid actifs permettant d’augmenter la distance de lecture, système de monitoring (température, poids, chocs, évolution des structures...). Les domaines sont aussi divers que le médical, l’automobile, le sport, l’aéronautique, le bâtiment, la domotique... Le projet SESAM propose de travailler sur la brique essentielle des capteurs autonomes et communicants: l’autonomie énergétique. Pour atteindre cet objectif, nous devons développer un microsystème de récupération et de management de l’énergie ambiante. Ce générateur d’énergie doit être adaptable, reconfigurable et robuste vis-à-vis des variations des conditions de l’environnement. Cela impose donc de s’appuyer sur des sources d’énergie multiples (multi-sources) et d’être conscient des variations de l’environnement et de l’énergie disponible. D’un côté, les sources de récupérations d’énergie sont particulièrement instables et versatiles et dépendent des fluctuations de l’environnement : éclairement, gradient de température, fréquences et amplitudes des vibrations... De plus ces sources fournissent peu de puissance. D’un autre coté, les circuits ont besoins pour fonctionner de tensions stabilisées, faible bruit et plutôt faible impédance, toute en présentant des impédances variables dans le temps. Le problème technique adressé par le projet se résume comme suit : comment optimiser, en termes de rendement, en temps réel, la récupération, l’utilisation et le stockage de l’énergie, en fonction des besoins énergétiques de l’application et du niveau de l’énergie disponible (sources ou batterie) dans le système Le projet consiste à concevoir et à mettre au point un système composé de : - plusieurs sources d’énergie de natures différentes, implémentées dans des technologies différentes : vibratoire électrostatique, vibratoire piezo-électrostatique, thermique, solaire et RFID, la batterie rechargeable. - unité de gestion d’énergie jouant le rôle d’interface entre les sources, la charge et la batterie. Cette unité de gestion doit être conscient de l’état de chacune des sources et capable d’orienter les flux d’énergie entre les sources externes, la batterie et la charge d’une manière qui optimise le temps d’autonomie du système. Cette architecture aura les avantages suivants : diversité des sources d’énergie, ce qui rend moins probable une faillite énergétique, intelligence apportée dans la gestion des flux d’énergie. La réalisation de cette architecture présente les quatre principaux défis. 1)Recherche d’un algorithme de gestion optimale d’énergie et son implémentation, 2)Utilisation de l’électronique ultra basse consommation pour l’unité de gestion de l’énergie. Nous envisageons d’y employer un coeur de processeur asynchrone ayant comme avantage une faible consommation 3)Développement de deux sources vibratoires innovantes : piézoélectrique et piézo-électrostatique. Pour la première fois, nous allons construire un transducteur électrostatique hybride contenant une couche de matériau piézoélectrique, capable de fournir une énergie de démarrage. 4)Modélisation du système global : il s’agit d’un système complexe et hétérogène, pour lequel à l’heure actuel il n’existe pas de technique de modélisation simple. Les efforts du consortium se concentre sur l’étude et l’implémentation des sources vibratoires (piézoélectrique et piézo-electrostatique), sur l’étude de l’unité de gestion d’énergie, et sur la conception de l’interface programmable entre les sources, la batterie et la charge. Certains blocs du système seront empruntés sur d’autres projets internes (le LETI et le TIMA), tels les sources photoélectri