Hermès science publications-Lavoisier
-
-
Disponible - 621.45 MIC
Niveau 3 - Techniques
Micro et nanosystèmes autonomes en énergies : des applications aux fonctions et technologies
Résumé
Evolution des technologies microélectroniques et nanotechnologiques dans la conception de systèmes énergétiques autonomes, notamment récupération, stockage et conversion de l'énergie dans divers réseaux de capteurs : capteurs de contrôle des bâtiments, applications aéronautiques, capteurs à ultra-basse consommation, dispositifs médicaux implantables.
- Contributeur(s)
- Éditeur(s)
-
Date
- DL 2012
-
Notes
- Bibliogr. Index.
-
Langues
- Français
-
Description matérielle
- 1 vol. (391 p.) : ill. ; 24 cm
- Collections
- Sujet(s)
-
ISBN
- 978-2-7462-2517-6
-
Indice
- 621.45 Microélectronique (transistors, composants, circuits intégrés)
-
Quatrième de couverture
-
Le traité Electronique, Génie Electrique, Microsystèmes répond au besoin de disposer d'un ensemble de connaissances, méthodes et outils nécessaires à la maîtrise de la conception, de la fabrication et de l'utilisation des composants, circuits et systèmes utilisant l'électricité, l'optique et l'électronique comme support.
Conçu et organisé dans un souci de relier étroitement les fondements physiques et les méthodes théoriques au caractère industriel des disciplines traitées, ce traité constitue un état de l'art structuré autour des quatre grands domaines suivants :
Electronique et micro-électronique
Optoélectronique
Génie électrique
Microsystèmes
Chaque ouvrage développe aussi bien les aspects fondamentaux qu'expérimentaux du domaine qu'il étudie. Une classification des différents chapitres contenus dans chacun, une bibliographie et un index détaillé orientent le lecteur vers ses points d'intérêt immédiats : celui-ci dispose ainsi d'un guide pour ses réflexions ou pour ses choix.
Les savoirs, théories et méthodes rassemblés dans chaque ouvrage ont été choisis pour leur pertinence dans l'avancée des connaissances ou pour la qualité des résultats obtenus.
-
-
Tables des matières
-
Micro et nanosystèmes autonomes en énergie
Des applications aux fonctions et technologies
Lavoisier
- Introduction. Introduction aux micro et nanosystèmes autonomes en énergie et présentation des contributions 17
- Marc Belleville et Cyril Condemine
- Chapitre 1. Les capteurs au coeur du contrôle du bâtiment 27
- Gilles Chabanis, Laurent Chiesi, Hynek Raisigel, Isabelle Ressejac et Véronique Boutin
- 1.1. Introduction27
- 1.2. Le point sur les capteurs dans le bâtiment28
- 1.3. Les nouveaux besoins de capteurs29
- 1.3.1. Le confort perçu et la qualité de l'air29
- 1.3.1.1. Le confort thermique perçu (d'après les travaux de Fanger)30
- 1.3.1.2. Confort lumineux perçu31
- 1.3.1.3. La qualité de l'air33
- 1.3.2. Les capteurs dans les bâtiments : vers de nouveaux besoins34
- 1.3.2.1. Disposer de nouvelles grandeurs physiques34
- 1.3.2.2. Améliorer les capteurs existants afin de les rendre accessibles en plus grand nombre36
- 1.4. Un exemple : le prototype capteur de confort Homes37
- 1.4.1. Parties sensibles : la mesure38
- 1.4.2. Communication et fonctionnement en réseau38
- 1.4.3. Récupération d'énergie39
- 1.4.3.1. Cas du capteur d'ambiance dans un environnement intérieur41
- 1.4.4. Gestion de l'énergie et stockage41
- 1.4.5. Performances du multicapteurs autonome Homes43
- 1.5. Conclusion46
- 1.6. Bibliographie47
- Chapitre 2. Vers l'autonomie énergétique des dispositifs médicaux implantables 49
- Raymond Campagnolo et Daniel Kroiss
- 2.1. Introduction49
- 2.2. Applications actuelles et potentielles51
- 2.2.1. Stimulation cardiaque51
- 2.2.1.1. Anatomie d'un stimulateur cardiaque implantable52
- 2.2.1.2. Estimation de la puissance moyenne consommée par un stimulateur cardiaque53
- 2.2.1.3. Solutions envisagées pour l'autonomie énergétique des pacemakers57
- 2.2.2. Défibrillateur automatique implantable64
- 2.2.3. Enregistreur d'activité cardiaque implantable68
- 2.2.4. Stimulateur neuronal implantable69
- 2.2.5. Stimulateur vagal implantable72
- 2.2.6. Stimulateur pour la neuromodulation des racines sacrées74
- 2.2.7. Stimulateur médullaire implantable75
- 2.2.8. Implant cochléaire77
- 2.2.9. Pompe implantable80
- 2.2.9.1. Stimulateur médullaire implantable80
- 2.3. Conclusion83
- 2.4. Bibliographie85
- Chapitre 3. Les systèmes autonomes en énergie dans les applications aéronautiques 87
- Thomas Becker, Jirka Klaue et Martin Kluge
- 3.1. Motivation87
- 3.1.1. Futures applications pour des systèmes autonomes en énergie en aéronautique88
- 3.2. Systèmes sans fil90
- 3.2.1. Systèmes d'accès au support90
- 3.2.2. Normes des réseaux de capteur sans fil92
- 3.2.3. Matériel disponible pour les réseaux de capteurs sans fil92
- 3.2.4. Limitations de la consommation d'énergie93
- 3.2.5. L'architecture du réseau94
- 3.3. Systèmes autonomes99
- 3.3.1. Viser un fonctionnement sans maintenance99
- 3.3.2. La récupération d'énergie en environnement aéronautique100
- 3.3.2.1. Récupération de l'énergie à partir des vibrations d'hélicoptère101
- 3.3.2.2. Récupération d'énergie à partir de la température extérieure de l'avion104
- 3.4. Résumé107
- 3.5. Bibliographie108
- Chapitre 4. Récupération d'énergie par effet photovoltaïque 111
- Simon Perraud, Emmanuelle Rouvière, Cyril Condemine et Guy Waltisperger
- 4.1. Introduction111
- 4.2. Puissance lumineuse disponible en environnement extérieur et intérieur112
- 4.2.1. Irradiance et éclairement112
- 4.2.1.1. Radiométrie112
- 4.2.1.2. Photométrie112
- 4.2.2. Puissance lumineuse disponible en environnement extérieur113
- 4.2.2.1. Spectre113
- 4.2.2.2. Niveaux de puissance113
- 4.2.3. Puissance lumineuse disponible en environnement intérieur114
- 4.2.3.1. Spectres114
- 4.2.3.2. Niveaux de puissance115
- 4.2.4. Récapitulatif115
- 4.3. Cellule photovoltaïque : principe physique et modélisation115
- 4.3.1. Principe physique115
- 4.3.2. Caractéristique courant-tension118
- 4.3.3. Modélisation119
- 4.3.3.1. Présentation du modèle119
- 4.3.3.2. Expression du courant en court-circuit122
- 4.3.3.3. Expression de la tension en circuit ouvert123
- 4.3.3.4. Expression du facteur de forme123
- 4.3.3.5. Expression du rendement de conversion énergétique124
- 4.4. Comparaison des différentes technologies de cellules photovoltaïques124
- 4.5. Gestion électronique126
- 4.5.1. Utilisation des cellules et limitations127
- 4.5.2. Les différentes solutions de MPPT possibles129
- 4.5.2.1. Les méthodes de recherche approchée129
- 4.5.2.2. Les méthodes de recherche directe132
- 4.5.2.3. Synthèse135
- 4.5.3. Applications du MPPT aux microsystèmes autonomes135
- 4.5.3.1. Quand inclure un système de MPPT ?136
- 4.5.3.2. Exemples de réalisation137
- 4.6. Conclusion138
- 4.7. Bibliographie139
- Chapitre 5. La récupération d'énergie mécanique 143
- Ghislain Despesse, Jean-Jacques Chaillout, Sébastien Boisseau et Claire Jean-Mistral
- 5.1. Analyse de la problématique de la récupération d'énergie143
- 5.2. Les sources et les principes de conversion de l'énergie mécanique144
- 5.2.1. Les sources144
- 5.2.2. Les principes physiques exploitables145
- 5.2.2.1. La piézoélectricité145
- 5.2.2.2. L'électromagnétisme147
- 5.2.2.3. L'électrostatique147
- 5.2.2.4. Les polymères électroactifs149
- 5.2.2.5. Récapitulatif150
- 5.3. La récupération d'énergie mécanique des vibrations150
- 5.3.1. Modélisation mécanique150
- 5.3.2. Structures piézoélectriques152
- 5.3.3. Structures électromagnétiques156
- 5.3.4. Structures électrostatiques158
- 5.3.5. Amélioration des systèmes électrostatiques : systèmes hybrides162
- 5.3.5.1. Qu'est-ce qu'un électret ?162
- 5.3.5.2. Principe de la transduction et puissance récupérable162
- 5.3.5.3. Etat de l'art des systèmes de récupération d'énergie à base d'électrets164
- 5.3.6. Conclusions et perspectives sur la récupération des vibrations166
- 5.4. La récupération d'énergie mécanique des forces/déformations167
- 5.4.1. Définition et classification des polymères électroactifs168
- 5.4.2. Conclusions et développements actuels170
- 5.5. Conclusions et perspectives sur la récupération d'énergie mécanique171
- 5.6. Bibliographie171
- Chapitre 6. La récupération d'énergie thermique 181
- Tristan Caroff, Emmanuelle Rouvière et Jérôme Willemin
- 6.1. Présentation générale181
- 6.2. La récupération d'énergie par effet thermoélectrique182
- 6.2.1. Principe physique de l'effet Seebeck182
- 6.2.2. Rendement énergétique d'un dispositif thermoélectrique183
- 6.2.3. Puissance électrique maximale récupérée par un thermogénérateur187
- 6.3. Les matériaux thermoélectriques189
- 6.4. Tendances technologiques191
- 6.4.1. Evolution des matériaux thermoélectriques191
- 6.4.1.1. L'approche nanocomposite192
- 6.4.1.2. L'approche matériaux complexes192
- 6.4.2. Production de modules thermoélectriques pour la récupération d'énergie193
- 6.4.3. Exemples de microsystèmes pour récupération d'énergie thermique194
- 6.5. Contraintes de mise en oeuvre et optimisation196
- 6.5.1. Les contraintes thermiques196
- 6.5.2. Les contraintes électriques197
- 6.5.3. Optimisation de la géométrie des TEGs pour dispositifs autonomes197
- 6.5.3.1. Systèmes à puissance thermique imposée198
- 6.5.3.2. Systèmes à températures imposées201
- 6.6. Gestion électronique des systèmes thermoélectriques autonomes201
- 6.6.1. Convertisseurs élévateurs de tension203
- 6.6.1.1. Les convertisseurs à capacités commutées204
- 6.6.1.2. Les convertisseurs à inductance commutée206
- 6.6.1.3. Les convertisseurs à transformateur commuté208
- 6.6.2. Extraction maximale d'énergie : nécessité de l'adaptation du DC/DC211
- 6.7. Conclusions sur les dispositifs de récupération d'énergie thermique211
- 6.8. Bibliographie212
- Chapitre 7. Micro-accumulateurs lithium 215
- Raphaël Salot
- 7.1. Evolution des batteries lithium depuis 20 ans216
- 7.1.1. Matériaux alternatifs pour l'électrode positive218
- 7.1.2. Matériaux alternatifs pour l'électrode négative219
- 7.1.3. Matériaux alternatifs pour l'électrolyte220
- 7.1.4. Positionnement des différentes filières221
- 7.2. Système lithium visant des fortes propriétés de miniaturisation222
- 7.2.1. Minibatteries au lithium222
- 7.2.2. Microbatteries au lithium225
- 7.2.2.1. Technologies et caractéristiques des microbatteries225
- 7.2.2.2. Applications des microbatteries231
- 7.3. Bibliographie234
- Chapitre 8. Les capteurs à ultra-basse consommation 237
- Pascal Nouet, Norbert Dumas, Laurent Latorre et Frédérick Mailly
- 8.1. Introduction237
- 8.2. Généralités sur les capteurs et leur électronique de proximité238
- 8.2.1. Consommation des capteurs passifs238
- 8.2.2. Résolution intrinsèque d'un capteur résistif240
- 8.2.3. Résolution intrinsèque d'un capteur capacitif240
- 8.2.4. Etude comparative des différents modes de transduction241
- 8.2.5. Critères de performance de l'électronique de proximité242
- 8.3. Les capteurs capacitifs243
- 8.3.1. Généralités sur les capteurs capacitifs243
- 8.3.2. Interfaces à temps continu244
- 8.3.2.1. Pont capacitif et amplificateur de tension244
- 8.3.2.2. Capteurs capacitifs à sortie temporelle245
- 8.3.2.3. Capteurs capacitifs différentiels à sortie temporelle248
- 8.3.2.4. Conclusion sur les interfaces à temps continu250
- 8.3.3. Interfaces à temps discrets250
- 8.3.3.1. Interface capteur à capacités commutées252
- 8.3.3.2. Etage à compensation de force électrostatique256
- 8.3.3.3. Amplificateur à transfert de charge261
- 8.4. Les capteurs résistifs263
- 8.5. Conclusion266
- 8.6. Bibliographie267
- Chapitre 9. Traitement du signal à très basse consommation dans les systèmes autonomes 271
- Christian Piguet
- 9.1. La basse consommation272
- 9.2. Les processeurs de traitement de signal275
- 9.2.1. Les processeurs de traitement de signal276
- 9.2.2. Pourquoi les processeurs DSP sont différents277
- 9.2.3. Les processeurs DSP basse consommation279
- 9.3. Réduction de la consommation statique284
- 9.3.1. Réduction de la consommation statique au niveau circuit284
- 9.3.2. Réduction de la consommation statique au niveau porte logique286
- 9.3.3. Réduction de la consommation statique au niveau architecture286
- 9.3.4. Logique sous le seuil289
- 9.4. Architectures asynchrones291
- 9.5. La tolérance aux erreurs294
- 9.5.1. Détection d'erreurs295
- 9.5.2. Logique CMOS probabiliste295
- 9.6. Conclusion296
- 9.7. Bibliographie297
- Chapitre 10. Les liaisons et protocoles radio-fréquence ultra-basse consommation 303
- Eric Mercier
- 10.1. Introduction303
- 10.2. Plan de fréquence et contraintes associées304
- 10.3. Standards et protocoles de communication309
- 10.3.1. Réseau domotique312
- 10.3.2. Réseau Body Area Network316
- 10.3.3. Réseaux hybrides et solutions pour le futur318
- 10.4. Composants et solutions320
- 10.4.1. Solutions du commerce320
- 10.4.2. Solutions avancées - Travail de recherche323
- 10.5. Conclusion327
- 10.6. Bibliographie328
- Chapitre 11. Gestion de l'énergie dans un microsystème autonome 331
- Jean-Frédéric Christmann, Edith Beigne, Cyril Condemine, Jérôme Willemin et Christian Piguet
- 11.1. Noeuds de capteurs communicants333
- 11.2. Puissances fournies par des récupérateurs d'énergie336
- 11.3. Architectures de distribution, conversion et stockage énergétique338
- 11.3.1. Architectures de base : vers l'architecture série338
- 11.3.2. Architectures avancées : parallélisation des chemins de puissance341
- 11.4. Implémentation des régulateurs344
- 11.5. Algorithmes347
- 11.6. Conclusion352
- 11.7. Bibliographie352
- Chapitre 12. Optimisation énergétique des réseaux de capteurs 355
- Olivier Sentieys et Olivier Berder
- 12.1. Introduction355
- 12.2. Méthodologie d'optimisation358
- 12.3. Modèle de consommation d'énergie359
- 12.4. Optimisation du matériel361
- 12.4.1. Architecture d'un noeud de capteur361
- 12.4.2. Plateforme PowWow363
- 12.4.3. Utilisation d'un co-processeur reconfigurable365
- 12.4.4. Gestion dynamique de la tension et de la fréquence366
- 12.4.5. Réduction de la consommation par power gating et spécialisation367
- 12.5. Organisation logicielle et protocoles efficaces372
- 12.5.1. Systèmes d'exploitation minimalistes372
- 12.5.2. Protocoles d'accès au medium374
- 12.6. Optimisation énergétique des algorithmes375
- 12.6.1. Adaptation de l'intervalle de réveil375
- 12.6.2. Utilisation des codes correcteurs d'erreur377
- 12.6.3. Stratégies coopératives378
- 12.6.3.1. Canal à relais379
- 12.6.3.2. MIMO coopératif379
- 12.7. Conclusion et perspectives382
- 12.8. Bibliographie383
- Index 387
-
-
Origine de la notice:
- FR-751131015
-
Disponible - 621.45 MIC
Niveau 3 - Techniques
