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 

Plus d'information ici.

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 

Plus d'information ici.

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 

Plus d'information ici.

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 

Plus d'information ici.

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 

Plus d'information ici.

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 

Plus d'information ici.

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

Caractériser les propriétés thermiques du Nitrure de Gallium (GaN) sur substrats en silicium sur isolant, ainsi que la capacité de composants électroniques à base de ce matériau à dissiper la chaleur de la température ambiante jusqu’à 200 °C. Proposer des solutions optimisées de refroidissement passif de ces composants.

• Année de début : 2019
• Durée : 28 mois
• Montant total : 430 K€
• Financeur : DGE - Région Ile de France

Le bâtiment, responsable de plus de 40% de la consommation énergétique en Europe, est une priorité des politiques énergétiques. Par exemple, les objectifs d’efficacité énergétique impliquent la rénovation de 500 000 logements par an en France. Les projets de rénovation sont souvent basés sur des simulations et les résultats obtenus souvent en-deçà des prédictions. Cela est largement dû à une mésestimation du rôle des occupants et de leurs usages. Nous nous attaquons à ce problème afin d’améliorer les prédictions des modèles et l’efficacité des actions de rénovation en développant des modèles « boite grise » combinant description physique déterministe et approche statistique des occupants, des usages et des données de consommations dynamiques. Un traitement efficace de celles-ci dans un sens montant (génération de données) et descendant (décomposition de courbes agrégées) est critique pour bénéficier pleinement des compteurs intelligents en cours de déploiement massif.

• Année de début : 2018
• Durée : 36 mois
• Montant total : 400 K€
• Financeur : I-SITE FUTURE

Ce projet vise à développer une technique innovante de purification de l’eau, entièrement alimentée par l’énergie solaire, afin de répondre aux enjeux majeurs de santé publique liés à la pollution de l’eau et à la raréfaction des ressources en eau potable, en particulier dans les pays en développement. Il repose sur la combinaison de deux approches complémentaires : la génération de vapeur par absorption solaire pour l’évaporation de l’eau, permettant d’éliminer les sels et les sédiments, et la photocatalyse pour dégrader complètement les polluants chimiques résiduels, notamment les composés organiques volatils. Le système proposé intègre des matériaux absorbants à faible coût et à haute efficacité, tels que le silicium noir, associés à des couches photocatalytiques à base de ZnO ou de TiO₂, ainsi qu’un dispositif optique de concentration de la lumière. L’ensemble sera conçu, modélisé, optimisé et testé expérimentalement en conditions de laboratoire. L’efficacité de purification sera évaluée par des méthodes d’analyse chimique avancées, et une étude fondamentale approfondie des mécanismes d’absorption lumineuse et de photocatalyse permettra d’établir des lignes directrices pour l’optimisation future d’un dispositif de purification de l’eau autonome fonctionnant uniquement grâce à l’énergie solaire.

• Année de début : 2020
• Durée : 24 mois
• Montant total : 20 K€
• Financeur : Campus France

Le projet Ecolab Descartes, inscrit dans la dynamique du projet I-SITE FUTURE, fait de la Cité Descartes à Noisy-Champs un véritable écosystème d’expérimentations dédié à la transition écologique. En articulant étroitement recherche, formation et action, Ecolab se structure autour d’un observatoire du métabolisme urbain du campus, dont l’objectif est de renforcer la captation, l’analyse et l’usage des données afin d’approfondir la compréhension du fonctionnement du site et d’en améliorer la gestion. Les données mobilisées concernent notamment l’énergie, l’eau, la qualtié de l'environnement intérieur et extérieur, les flux, les flux de personnes, les usages, etc. Elle sont collectées par un large réseau de capteurs déployés sur site ainsi qu'à partir de fournisseurs de données tiers. Ce dispositif permet à la fois de mesurer et d’évaluer les impacts des projets innovants déployés sur le campus, et de modéliser différents scénarios d’'évolution du site, en comparant leurs effets environnementaux et fonctionnels, dans une perspective de pilotage durable et de réplicabilité des solutions.

• Année de début : 2020
• Durée : 48 mois
• Montant total : 414 K€
• Financeur : I-SITE FUTURE - Région Ile de France

Résumé public du projet en français (1000 caractères, espaces compris maximum)  Ce projet vise à combler le déficit de solutions indispensables à une gestion précise des réseaux d'eau: la mesure multi-paramètres ainsi que des capacités de production locales d'eau de haute qualité. Nous abordons ainsi un problème public de portée mondiale ayant des impacts économiques, écologiques et sanitaires. Notre approche vise une combinaison équilibrée des concepts «Ville Connectée» et «Ville Nature», contribuant à une évolution future des réseaux d'eau, qui sont susceptibles de devenir non seulement plus intelligents, mais aussi économes en ressources et respectueux de l'environnement. Le consortium NANO-4-WATER mènera des recherches basées sur le développement d'outils innovants de pointe pour la gestion de l'eau et l'utilisation de ces outils pour les avancées scientifiques dans la compréhension du cycle de l'eau comme partie du métabolisme de la ville.

• Année de début : 2019
• Durée : 36 mois
• Montant total : 300 K€
• Financeur : I-SITE FUTURE - Région Ile de France

Dans le contexte du réchauffement climatique et de la diminution des ressources en eau pure, il est urgent de trouver de nouvelles solutions pour collecter de l'eau. Nous envisageons ici de condenser de façon passive par refroidissement radiatif la vapeur d'eau atmosphérique (rosée). L'eau de rosée, souvent ignorée jusqu'à présent, peut servir de source d'eau supplémentaire, s'ajoutant à l'eau de pluie et de brouillard. Une approche prometteuse est exploiter de manière efficace ce processus physique en utilisant des métamatériaux, susceptibles de fournir une puissance de refroidissement radiatif de 60-100 W/m2.
L'objectif du projet METAWATER est de franchir une étape majeure dans l’exploitation du refroidissement radiatif et de la récupération de l'eau de rosée en concevant de nouvelles surfaces nano-micro-structurées aux propriétés optiques et fluidiques optimales à la fois pour le refroidissement radiatif et pour la collecte d’eau de rosée. Pour relever ce défi, la méthodologie impliquera la mise en œuvre de stratégies de traitement de surface par procédé plasma pour créer des méta-surfaces combinant trois caractéristiques exceptionnelles qui n'ont jamais été couplées jusqu'à présent: (i) des capacités de refroidissement radiatif efficaces grâce à une haute émissivité dans la fenêtre atmosphérique et une grande réflectivité du spectre solaire, (ii) des propriétés de mouillage adaptatifs (superhydrophile ou superhydrophobe) pour nucléer des films ou gouttes, (iii) une géométrie qui facilite et accélère l’écoulement des gouttes ou des films condensés par gravité avant leur inéluctable évaporation diurne.
Ce projet abordera des questions fondamentales concernant l'influence des traitements de surface sur l'efficacité du refroidissement radiatif et du processus de condensation, et explorera l'efficacité de cette stratégie couplée à la récupération de l'eau dans des conditions réelles extérieures.
Dans ce projet, nous chercherons à éclaircir l'impact de la mouillabilité et des architectures hétérogènes sur la transition de morphologie des micro-gouttelettes et à concevoir des modèles de mouillabilité à contraste élevé pour améliorer la performance de la collecte de l'eau. Une autre percée majeure sera d'explorer les nouvelles opportunités offertes par ces méta-surfaces pour augmenter le refroidissement radiatif, en particulier pendant la fin et le début de journée sous irradiation solaire afin de prolonger le temps de condensation de la rosée. Grâce à une émissivité proche de 0,99 et à la texturation envisagée, nous espérons obtenir une puissance de refroidissement d'environ 100 W/m2 et doubler ainsi la quantité d'eau recueillie par gravité (environ 0,1-0,3 l/nuit/m² en moyenne actuellement). Les surfaces micro et nano-structurées seront d’abord numériquement optimisées puis fabriquées. Les phénomènes de refroidissement radiatif et de condensation seront ensuite quantifiés en laboratoire dans une chambre à échanges radiatifs spécialement conçue à cet effet. Des études seront d’autre part menées à l'extérieur pour étudier l’efficacité des méta-surfaces en conditions environnementales réelles et prouver leur capacité à affronter les effets des conditions climatiques et tester leur tenue à long terme. Un effort important sera effectué pour évaluer le fonctionnement des condenseurs et leur vieillissement en conditions réelles.
Le caractère innovant du projet METAWATER réside dans le fait qu'il englobe un large éventail d'approches physiques, allant des traitements de surface, à l'hydrodynamique de mouillage, au transfert de chaleur et aux performances thermodynamiques. À notre connaissance, c'est la seule façon d'obtenir un système intégré avec une capacité de collecte d'eau efficace.

• Année de début : 2020
• Durée : 36 mois
• Montant total : 493 K€
• Financeur : ANR

Le projet ANR ici

Leading a project on the application of carbon-based materials in microelectronics packaging for enhanced heat management. This work, in collaboration between
ESYCOM and LIMMS labs, tests new materials and configurations, establishing benchmarks that directly inform and validate the experimental metrology approaches proposed to characterise the thermophysical properties of metamaterials.

• Année de début : 2024
• Durée : 24 mois
• Montant total :20 K€
• Financeur : Université Gustave Eiffel

Developing new metamaterials derived from nanostructured silicon, characterized through the advanced 3-omega thermal characterization setup we&#39;ve established. This endeavor aims at exploring heat management applications, leading to the simulation and proposal of thermal diode prototypes.  The enhancements
achieved and the data gathered from this work are set to establish a solid foundation for new radiative and conductive

• Année de début : 2024
• Durée : 36 mois
• Montant total : 50 K€
• Financeur : Université Gustave Eiffel

Subsidy funding for essential equipment in order to upgrade the 3-omega thermal characterization setup already used at ESYCOM to test innovative concepts.

• Année de début : 2023
• Durée : 24 mois
• Montant total : 42 K€
• Financeur : CEMIP