21/10/2015 - Énergies environnementales de faible puissance. La vibration, source d'énergie pour les appareils électroniques

Menéame

Javier Ortiz, professeur de UPV/EHU, a étudié comment utiliser les énergies environnementales de faible puissance (la vibration, par exemple) pour en faire une source d'alimentation de divers dispositifs de surveillance des trains, des avions..., même des implants.

Selon Ortiz, bien que ces énergies génèrent des puissances très limitées, elles peuvent devenir très importantes, car elles offrent la possibilité de disposer de systèmes électroniques auto-alimentés de manière indéfinie.

Énergies environnementales à faible puissance

Ortiz, ingénieur et professeur de l'UPV/EHU, fait remarquer que " l'auto-alimentation indéfinie des appareils tente d'être une alternative pour prolonger le temps d'utilisation des batteries et même - dans certains cas - les remplacer. D'où ce mouvement, il y a environ 10-12 ans, pour développer ces technologies, qui s'appliquent à une multitude d'appareils électroniques portables à faible consommation, principalement des capteurs, y compris les implants biologiques. Plus récemment, la recherche est en cours pour recharger la batterie des smartphones à partir de la même énergie radio que celle émise par les routeurs wifi proches."

Ortiz explique que "tous ces petits appareils ont besoin d'alimentation, et quand il est facile d'accéder à la batterie et de la remplacer, car il n'y a pas de problème; mais, dans de nombreux cas, cela représente un coût impensable. C'est pourquoi cette alternative est recherchée, où l'énergie environnementale existante peut être capturée, stockée et utilisée pour alimenter ces dispositifs." En l'espèce, la recherche a été menée sur des circuits électroniques de collecte ou d'acquisition d'énergie environnementale vibratoire, notamment sur des circuits utilisant des transducteurs pyzoélectriques soumis à des vibrations.

À la question de savoir comment l'énergie de la vibration peut être obtenue, Ortiz répond: "Fondantement, pour les propriétés de certains matériaux appelés piézoélectriques. Le plus connu est le quartz, bien que dans ces applications on utilise des céramiques synthétiques avec des propriétés piézoélectriques améliorées. Si ces matériaux sont soumis à une tension ou à un mouvement mécanique, il y a un déplacement de charge électrique, c'est-à-dire que les charges positives vont à une zone et les charges négatives à une autre. C'est ce qu'on appelle en physique "potentiel électrique." Si chaque fois que ce mouvement se produit, ces charges peuvent être capturées et stockées, c'est comme si nous étions chargés d'une batterie. Brièvement expliqué, ainsi produit l'énergie la vibration."

Transports aériens, ferroviaires...

Selon Ortiz, la plupart des recherches sur ce sujet visent à obtenir plus de densités d'énergie en minimisant les dimensions des dispositifs générateurs, mais à peine des dispositifs sont développés pour générer des puissances de, par exemple, des dizaines de millivats. L'idée de regrouper des transducteurs piézoélectriques, formant de multiples sources indépendantes de production d'énergie, est née de cette carence.

Ortiz affirme que le développement de nouvelles techniques et de nouveaux circuits électroniques de gestion de l'énergie électrique permet d'obtenir des niveaux de puissance appropriés. Actuellement, ces générateurs sont principalement utilisés pour les nœuds capteurs sans fil (Wirelles Sensor Network), mais ils pourraient être utilisés, entre autres, dans le transport aérien ou ferroviaire, où les vibrations sont abondantes et où les dimensions des générateurs ne sont pas très limitées.

Renseignements complémentaires

Javier Ortiz Álvarez-Cienfuegos - ingénieur et professeur titulaire à l'École universitaire d'ingénierie (UPV/EHU) - a rédigé sa thèse ("Développement de circuits électroniques pour l'extraction et la conversion en énergie électrique de la vibration appliquée à des matériaux pizoélectriques") sous la direction du professeur Gerardo Aranguren Aramendia. Les recherches pour cette thèse ont été menées dans l'UPV/EHU, en collaboration avec AERNova Engineering Solutions et Boeing Research &Technology Europe, avec des subventions des appels Etortek du gouvernement basque et la convocation Cenit du gouvernement espagnol.

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Image: Capteur installé sous un wagon du métro de Bilbao pour un essai (Source: UPV/EHU)

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