CONTRIBUTION Á LA CONCEPTION D'UN MICRCONVERTISSEUR D'ÉNERGIE MÉCANIQUE VIBRATOIRE EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

• Main Author: Nouira, Hichem
• Language: FRE
• Published: Université de Franche-Comté 2006
• Subjects: [SPI] Engineering Sciences; [SPI:MECA] Engineering Sciences/Mechanics; [SPI:NANO] Engineering Sciences/Micro and nanotechnologies/Microelectronics; [SPI:SIGNAL] Engineering Sciences/Signal and Image processing; [SPI:NRJ] Engineering Sciences/Electric power; Analyse modale; Effet de rayonnement de l'air; Microglissement; Microfabrication; Energie dissipée; Choc mécanique; Génératrice piézoélectrique
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00284421; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/28/44/21/PDF/Rapport_these_hichem_nouira.pdf

Avec l'expansion du marché des appareils électroniques portables, des capteurs embarqués et la diminution conjointe de leur consommation d'énergie, l'idée de convertir l'énergie vibratoire, disponible en grande quantité dans notre environnement quotidien, en énergie électrique suscite un intérêt croissant. Le but de ce travail de recherche est de proposer des éléments d'aide à la conception d'une microgénératrice de courant efficace par récupération d'énergie vibratoire. Le principal objectif visé est la minimisation des pertes d'énergie quelle que soit leur nature. En premier lieu, une étude de l'effet de l'air libre sur la dynamique de poutres encastrées-libres en quartz, en silicium et en niobate de lithium est réalisée par deux méthodes expérimentales en dynamique (excitation aléatoire et lâcher dynamique). Différents niveaux de pression de l'air qui entoure la structure vibrante sont appliqués entre le vide primaire et la pression atmosphérique. On réalise que l'énergie dissipée par l'effet de l'air est secondaire par rapport à celle dissipée par le phénomène de microglissement au sein de l'encastrement. L'effet amortissant de ce microglissement est confirmé par un modèle d'éléments finis utilisant une loi de Coulomb régularisée. Une étude similaire (caractérisation expérimentale entre le vide secondaire et la pression atmosphérique) est alors réalisée sur des structures collées par trois procédés différents : avec une couche de SU8 de 5 µm, de 1 µm et avec de l'or compressé. L'ensemble de ces expériences a permis de fixer l'architecture du microconvertisseur et de déterminer l'assemblage le plus favorable à cette application. Le transfert d'énergie vibratoire à partir d'excitation par chocs est ensuite étudié en détail, par voie analytique et expérimentale. Enfin, une modélisation complète de la microgénératrice est proposée, permettant l'estimation de la puissance générée sous l'effet d'une contrainte mécanique de forme, d'amplitude et de fréquence données.