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CONCEVOIR UN MICRO-DISPOSITIF DE RÉCUPÉRATION D’ÉNERGIE POUR APPLICATIONS IoT A PARTIR D’UN BIOPOLYMERE

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Le contexte du défi

Dans un contexte de prise de conscience généralisée du réchauffement climatique, limiter notre impact en réduisant nos émissions de CO2 est devenu un enjeu commun et de premier ordre. Un axe de réflexion concerne les sources d’énergie décarbonées. Parmi les voies identifiées, il y a celle de la récupération d’énergie. Elle consiste à capter l’énergie émise sous forme de chaleur, vibrations, etc. par un système et la transformer en énergie électrique à l’aide de transducteurs thermoélectriques, piézoélectriques, électromagnétiques, etc. 

Les dispositifs de récupération d’énergie produisent généralement une quantité limitée d’énergie électrique, ce qui les destine plutôt à l’alimentation d’appareils autonomes de petite taille. L’IoT (internet des objets) avec 22 milliards d’appareils en 2018 et une croissance annuelle estimée à 20% est aujourd’hui en plein essor. L’IoT utilise pour alimenter des détecteurs et modules de communication très majoritairement les batteries comme source d’énergie. Avec des domaines d’utilisation très variés (bâtiment et infrastructures, mobilité, médical, etc.) et une électronique ultra-basse consommation toujours plus sobre en énergie, les systèmes de récupération d’énergie deviennent compétitifs pour remplacer les batteries lithium pour certaines applications.  

Parmi les polymères développés par le groupe TOTAL-Corbion, l’acide polylactique (PLA) est un polymère piézoélectrique qui lorsqu’il est soumis à une contrainte mécanique (flexion) est capable de générer une tension électrique. Des puissances de l’ordre de 0,25 µW/cm² à 20 Hz ont été obtenues. Bien que le PLA produise des puissances électriques plus faibles que le PVDF (30µW/cm²) et le PZT (15000µW/cm²), deux matériaux de référence, il a l’avantage d’être relativement peu onéreux, facile à mettre en forme, flexible et biosourcé.

Problème(s) à résoudre

Concevoir une micro-source d’énergie alimentant un système de mesure connecté (IoT) à partir d’acide polylactique comme matériau récupérateur d’énergie.

L’équipe s’intéressera aux points suivants :

  • Définir le contexte d’utilisation de la micro-source en identifiant une source de vibration à exploiter (env. 20-100 Hz), de préférence en lien avec une application en mobilité ou infrastructure, et définir la fonction de l’objet IoT dans ce contexte.
  • Dimensionner l’élément actif (max. 10 cm², multicouche envisageable) et élaborer l’architecture électronique la plus adaptée pour optimiser la récupération d’énergie.

L’équipe définira aussi les capteurs et le système de communication les plus adaptés au système IoT qui aura été définis dans le point précédent.

Données d’entrées et matériel

Données concernant l’acide polylactique (PLA) : performances piézoélectriques, propriétés mécanique et chimique.

> Vidéo d’un exemple de générateur de tension (plaque souple)

Partenariats recherchés

Partenaires académiques, startups ou industriels ayant des compétences en vibro-acoustique, électronique basse consommation (capteur, protocole de communication), électronique associée à la récupération d’énergie, systèmes IoT et éventuellement les polymères piézoélectriques/électro-actifs.

Participer à ce défi

2020-02-06T12:29:13+01:00