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REC-EM (2011-2013) : récupération d’énergie électromagnétique

par Laurent Krähenbühl - publié le , mis à jour le

Programme ANR : Blanc SIMI 9 (2010)
Projet : ANR-10-BLAN-0906 - Coordinateur : Laurent Cirio (Université Paris-Est Marne-la-Vallée)
Mots-clés : énergie électromagnétique ; faible niveau : récupération ; antennes ; conversion RF-DC
Lien sur le site de l’ANR

Projet terminé : 2011-2013 (3 ans)
Apport de l’ANR : 479 999€ dont Ampère : 210 091€

Partenaires : SATIE / AMPERE / ESYCOM


Implication du Laboratoire Ampère

- C. Vollaire, Professeur
- Salah-Eddine Adami (thésard 2010-2013) - Son exposé de juillet 2012.

Résumé du projet scientifique

Ce projet concerne la récupération et la conversion RF-DC de l’énergie électromagnétique. L’amélioration de l’autonomie énergétique des objets actifs et communicants pour des applications industrielles est ici clairement visée.
On constate aujourd’hui une augmentation régulière du nombre d’objets communicants et intelligents dans notre environnement. Par exemple, le nombre de capteurs ne cessera d’augmenter (surveillance de l’environnement, sécurité, santé) et un des problèmes récurrents souvent avancé vient de la dépendance énergétique de ces systèmes vis à vis du réseau électrique. Ajouté à cela la volonté de réduire les liaisons filaires coûteuses et peu esthétiques et les batteries à durée de vie limitée.
Une solution actuellement attrayante consiste à récupérer l’énergie RF à partir d’une source contrôlée et à la convertir en puissance DC de façon à activer le capteur selon les besoins et non pas de façon permanente. Dans ce domaine, on parle alors de rectenna (rectifying antenna).

La problèmatique n’est pas récente dans son principe mais soulève cependant de très nombreux problèmes :
- la variation très marquée du rendement de conversion, problème récurent, qui quantifie la qualité d’une rectenna et qu’il faudra stabiliser et réguler. Celui-ci oscille au rythme des variations du signal d’entrée (désalignement entre antennes, dépointage…) ce qui peut provoquer la désactivation du système interrogé,
- l’élaboration d’antennes de captation compactes pour une mise en réseau de rectennas. Cette mise en réseau étant rendue nécessaire lorsque les niveaux de puissance sont plus élevés (alimentation de capteurs, d’actionneurs ou de positionneurs…). La plupart des antennes imprimées sont actuellement de formes conventionnelles (carrées, rectangulaires…) et peu intégrables dans les dispositifs aux dimensions réduites. La conception d’antennes miniatures sera abordée
- le choix de la mise en réseau (série, parallèle, cascade…) selon l’application visée et l’association de (ou des) l’antenne à son dispositif de conversion s’établit pour l’instant de façon empirique. Pour autant, les configurations sont multiples et devront être conçus à l’aide d’outils dédiés de façon à optimiser le rendement de conversion et minimiser les puissances d’émission mises en jeu,
- la simulation numérique, outil incontournable dans cette étude, devra caractériser finement le comportement des rectennas. A ce titre, le simulateur devra intégrer à la fois une approche circuit (pour les composants électroniques) et électromagnétique (pour la prise en compte des lignes de transmission et du rayonnement). On parlera de simulation globale. De même, il faudra définir des critères d’optimisation de structures (simple et en réseau) qui seront intégrés dans les logiciels aussi bien commerciaux que développés en laboratoire.
- enfin, l’élaboration de démonstrateurs tout au long du projet sera largement favorisée. Il s’agit d’une étape indispensable à la valorisation tant académique qu’industrielle et qui permettra de valider la pertinence des résultats obtenus par la simulation.

Le projet proposé repose sur l’imbrication de deux domaines. Les antennes pour capter l’onde électromagnétique et le génie électrique bien que les niveaux de champ soient faibles. En effet, des techniques de stabilisation de rendements déjà utilisés dans cette thématique seront développées pour notre application.
L’équipe proposée ici a été constituée compte tenu de ces compétences et de l’intérêt qu’elle porte sur le sujet. Les différents participants sont par ailleurs actuellement impliqués dans un contrat financé par la Fondation de Recherche pour l’Aéronautique et l’Espace sur la même thématique (Wave-Supply, 2007-2010).
Le nombre réduit d’équipe dont les travaux sont focalisés sur cette thématique et la mise en commun des compétences scientifiques d’acteurs issus de deux communautés scientifiques constitue un des points fort de l’équipe.

Publications "Ampère" liées à REC-EM

- Exposé de fin de seconde année de thèse de S.-E. Adami (juillet 2012, pdf).
- Publications référencées dans la base HAL du CNRS :

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