Thème Micro-énergie

Le paysage européen de la défense évolue rapidement dans un contexte marqué par de nouvelles tensions géopolitiques, des cybermenaces et la guerre technologique. Les soldats débarqués restent essentiels, ce qui conduit à des investissements importants dans des systèmes avancés qui leurs sont dédiés. Ces systèmes intègrent des capteurs, des outils de communication et de partage de données, mais dépendent fortement de l'énergie électrique. Le projet MINEFIELD relève ce défi énergétique grâce à des générateurs triboélectriques à base de textiles qui récupère l'énergie biomécanique produite par les mouvements des soldats pour alimenter des appareils portables. Les trois piliers de MINEFIELD – récupération d'énergie, stockage et gestion de l'énergie – permettent de créer des systèmes autonomes sans batterie pour les soldats. 

• Année de début : 2025
• Durée : 42 mois
• Montant total : 3,2 M€
• Financeur : EDF-2023-LS-RA-SMERO-NT 

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GRAPHERGIA est un projet réunissant 11 partenaires issus de six pays européens. L'objectif est de développer une approche novatrice et holistique afin de mettre au point des procédés écologiques assistés par laser pour la synthèse, le traitement, la fonctionnalisation et l'intégration simultanée de matériaux à base de graphène directement dans des dispositifs innovants de collecte et de stockage d'énergie électrique. Cette initiative vise à établir des méthodologies adaptables à l'échelle industrielle pour deux applications principales : les textiles intelligents basés sur l'effet triboélectrique et les batteries Li-ion.

• Année de début : 2023
• Durée : 42 mois
• Montant total : 4,5 M€
• Financeur : HORIZON-CL4-2022-DIGITAL-EMERGING-02-18 

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L'objectif de ce projet interdisciplinaire est d'étudier, en collaboration avec le « Energy Harvesting Laboratory » dirigé par le professeur Sang-Woo Kim de l'université de Yonsei, les systèmes basés sur les générateurs triboélectriques pour la récupération d'énergie mécanique et les capteurs. La collaboration comprend l'étude du générateur, de son circuit de conditionnement et de son système de gestion de l'énergie. La collaboration se concentre à parts égales sur les aspects théoriques et expérimentaux et adresse plus particulièrement les applications médicales.

Projet 1 :

• Année de début : 2022
• Durée : 5 ans
• Montant total : 75 M€
• Financeur : IRP CNRS

Projet 2 :

• Année de début : 2023
• Durée : 2 ans
• Montant total : 18 M€
• Financeur : PHC STAR

Ce projet a pour objectif d’optimiser la récupération d’énergie mécanique à petite échelle à l’aide de transducteurs triboélectriques (REM-t). Il se concentre sur la conception systématique des interfaces électriques, élément clé souvent sous-exploité. L’approche tient compte des excitations mécaniques irrégulières, typiques de nombreuses applications. Des circuits de pompes de charge seront utilisés pour maximiser la puissance convertie. Un prototype complet sera réalisé pour valider la méthodologie proposée.

• Année de début : 2021
• Durée : 42 mois
• Montant total : 194 K€
• Financeur : ANR JCJC 

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Le projet a permis de développer des dispositifs MEMS pour implémenter une logique douce et parahaptique, principe de calcul ultra-basse consommation. L’étude a porté sur les phénomènes électrostatiques à l’échelle submicronique. Cette approche permet de manipuler l’information sans contact par interaction électrostatique et avec une dissipation d’énergie quasi nulle. Ce travail a consisté à concevoir, fabriquer et caractériser des MEMS à capacité variable assurant un fort contraste capacitif, une grande fiabilité et une consommation statique minimale. L’étude a porté sur les phénomènes électrostatiques à l’échelle submicronique. Le prototype final a démontré un calcul logique réversible et économe, ouvrant la voie à des processeurs ultra-faible consommatio pour capteurs autonomes.

• Année de début : 2020
• Durée : 48 mois
• Montant total : 721 K€
• Financeur : ANR JCJC 

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Le projet vise à réduire d’un facteur 100 la consommation énergétique des circuits électroniques en combinant logique adiabatique et technologie N/MEMS (nano/microrelais électromécaniques). Cette approche limite la dissipation thermique en contrôlant progressivement la tension d’entrée des portes logiques. Les architectures retenues, de type pipeline quasi-adiabatique, offrent un bon compromis entre efficacité et complexité. Contrairement aux transistors CMOS, les N/MEMS éliminent les pertes liées au courant de fuite et à la tension de seuil. L’objectif est de modéliser et valider expérimentalement des circuits logiques démontrant ce gain énergétique majeur.

• Année de début : 2015
• Durée : 36 mois
• Montant total : 474 K€
• Financeur : ANR PRC 

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e projet NearLimits développe une nouvelle méthode de récupération d’énergie cinétique, basée sur le contrôle actif de la dynamique électromécanique pour optimiser la conversion d’énergie issue de vibrations faibles ou irrégulières (<10 Hz), typiques des mouvements humains. Contrairement aux résonateurs classiques, cette approche vise un gain de 10 à 100 fois en puissance, avec une densité cible de 100 µW/cm³. Elle repose sur un transducteur électrostatique différentiel MEMS piloté par un circuit de contrôle adiabatique. Un prototype MEMS à permis de valider expérimentalement cette approche innovante.

• Année de début : 2022
• Durée : 36 mois
• Montant total : 503 K€
• Financeur : ANR PRC 

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Ce projet vise à concevoir des capteurs autonomes en énergie mesurant des grandeurs mécaniques dynamiques grâce à la conversion triboélectrique de l’énergie ambiante. Les capteurs transmettent leurs données par décharges électrostatiques sous forme d’ondes électromagnétiques interprétées par un nœud central. Les informations sont encodées dans les caractéristiques des émissions (périodicité, fréquence). Cette approche supprime tout besoin de gestion d’énergie, les capteurs étant fonctionnels et auto-alimentés par conception.

• Année de début : 2022
• Durée : 12 mois
• Montant total : 20 K€
• Financeur : PEPS CNRS

Le projet s’intéresse à la rectification thermique via la conception et la fabrication de diodes thermiques. L'élément clé qui permet de concevoir une diode thermique est le contrôle du spectre d'émission des matériaux utilisés et leur dépendance à la température. Un tel contrôle est possible avec les métamatériaux. Il est notamment connu qu’un réseau de surface correctement conçu ou des semi-conducteurs fortement dopés peuvent permettre le contrôle du spectre d'émission / absorption.

Le projet vise à montrer qu’il est possible de concevoir des méta-matériaux qui permettent de contrôler le rayonnement thermique en fonction de la température et donc d’obtenir une rectification thermique. Au final, le projet devra statuer sur l’utilisation de ces métamatériaux pour concevoir des émetteurs sélectifs présentant des propriétés radiatives adaptées à la mise en oeuvre de diodes thermiques. Le silicium à différents niveaux de dopage est le matériau de base considéré dans le présent projet. Des métamatériaux en sont issus par micro et nano-structuration.

• Année de début : 2018
• Durée : 12 mois
• Montant total : 22 K€
• Financeur : SATT IDF innov