A quoi servent les systèmes de récupération d’énergie ?
La récupération d’énergie a plusieurs utilités dans des secteurs très variés comme le biomédical, l’industrie, l’aérospatiale ou encore le domaine militaire.
Un des premiers dispositifs à récupérer de l’énergie ambiante pour fonctionner était le récepteur à cristal, ou poste à galène, un récepteur radio qui n’avait pas besoin d’alimentation électrique.
Aujourd’hui, la récupération d’énergie intéresse trois marchés principaux, souvent pour l’alimentation de capteurs autonomes :
- Le marché des objets connectés, toujours en forte hausse. Selon Le Monde, il y aurait eu 30 milliards d’objets connectés en 2020, un chiffre qui grandirait de plus de 20% chaque année. Parmi ces objets connectés, nous pouvons compter des montres, bracelets, interrupteurs, télécommandes, capteurs de pression des pneus…
- Le marché du biomédical avec un développement des systèmes wearable qui permettent de diagnostiquer et soigner les patients en continu. On peut par exemple citer des systèmes de mesure de la pression artérielle, des pacemakers, implants, pompes cardiaques…
- Le marché du contrôle d’intégrité des structures, ou SHM en anglais, et de la maintenance préventive. C’est essentiellement le cas pour l’aérospatial où l’inspection nécessite aujourd’hui l’immobilisation des avions ou des lanceurs, entrainant forcément de lourds coûts pour les entreprises. Pour la même raison, le monitoring des structures grâce à des capteurs autonomes intéresse également le secteur industriel pour le contrôle des machines.
Il existe d’autres utilisations de la récupération d’énergie comme les dalles de sol piézoélectriques qui récupèrent l’énergie des pas des piétons ou encore des systèmes de monitoring océanographique utilisant l’énergie des vagues pour fonctionner en autonomie.
Le plus gros intérêt de l’energy harvesting aujourd’hui étant de pouvoir alimenter des réseaux de capteurs autonomes, de nouvelles applications devraient voir le jour dans un futur proche. La récupération d’énergie est notamment très prometteuse pour des applications où il est difficile, voire impossible, d’utiliser une batterie ou des câbles, comme les dispositifs corporels ou les systèmes fonctionnant à distance.
Comment fonctionnent les systèmes de récupération d’énergie ?
Les dispositifs de récupération d’énergie peuvent être piézoélectriques, électrostatiques, thermoélectriques ou électromagnétiques. Les performances et le potentiel de ces dispositifs dépendent grandement des performances et des propriétés respectives de ces matériaux.
Il existe également différentes technologies de récupération d’énergie selon le type de source d’énergie. Dans tous les cas, un système de récupération d’énergie est au moins composé de :
- Un transducteur qui transforme l’énergie ambiante en énergie électrique
- Un circuit d’interface qui extrait la quantité d’énergie maximale du transducteur et la rend utilisable pour l’application voulue (régulation de tension, redressement de tension).
- Une charge qui peut être le dispositif électronique qui consomme l’énergie récupérée (circuits, actionneurs, capteurs…) ou un composant qui stocke l’énergie (condensateurs ou super condensateurs).
Quels sont les challenges de l’energy harvesting vibratoire ?
Une des sources d’énergie ambiante est les vibrations. Nous nous intéressons particulièrement à celle-ci car la piézoélectricité apporte une solution particulièrement adaptée pour récupérer ce type d’énergie. Cependant, une des principales problématiques de l’energy harvesting est que les niveaux vibratoires mis en jeu sont souvent très faibles. Pour en extraire un maximum d’énergie et réduire la taille et le coût du récupérateur d’énergie, il faut donc travailler à la fréquence de résonance de celui-ci. De plus, les vibrations en jeu étant généralement basse fréquence (< 1kHz), travailler à la résonance nécessite des dispositifs relativement encombrants. Or, comme nous l’avons expliqué précédemment, les applications utilisant des systèmes de récupération d’énergie ont besoin d’être compacts. Des efforts de miniaturisation doivent donc être effectués.
Un autre challenge de la récupération d’énergie est la durée de vie des systèmes. Pour certaines applications comme les dispositifs intracorporels ou difficilement atteignables, il est nécessaire que les systèmes d’energy harvesting aient une longue durée de vie, de l’ordre d’une quinzaine d’années en général.
Il faut aussi prendre en considération l’instabilité de l’énergie récupérée dans la majorité des cas et ainsi imaginer une solution si la source d’énergie se coupe complètement ; s’il n’y a pas de soleil plusieurs jours consécutifs pour les systèmes récupérant l’énergie solaire, ou s’il n’y a pas de mouvements pendant une longue période pour les systèmes récupérant l’énergie vibratoire, par exemple.
La récupération d’énergie lance également de nouveaux défis aux concepteurs de systèmes, qui doivent optimiser les systèmes pour atteindre l’autonomie énergétique. L’énergie récupérée étant souvent faible, les systèmes à alimenter doivent être peu gourmands en énergie pour que cela soit pertinent.
Le dernier enjeu lié à la récupération d’énergie est qu’il est difficile, voire impossible, d’avoir un produit sur étagère répondant aux besoins de différentes applications. L’énergie à récupérer est si faible qu’il faut pour chaque cas développer un système spécifique conçu pour des caractéristiques bien particulières, en particulier la fréquence, l’amplitude vibratoire et les conditions maximales d’utilisation pour la survie du dispositif, dans le cas de l’énergie vibratoire. Par conséquent, il faut toujours compter du temps et un budget dédiés à l’étude et au développement du système de récupération d’énergie.
Que propose PYTHEAS Technology pour récupérer l’énergie ambiante ?
PYTHEAS Technology développe des systèmes d’energy harvesting utilisant les propriétés de la piézoélectricité. C’est-à-dire que nos systèmes récupèrent l’énergie cinétique (vibrations, sons, mouvement) grâce à des transducteurs piézoélectriques pour la transformer en énergie électrique. PYTHEAS Technology développe des systèmes adaptés à de larges gammes de fréquences et puissances, n’hésitez donc pas à nous contacter pour nous présenter votre problématique et discuter ensemble des solutions possibles.
