Systèmes multisources de récupération d'énergie dans l'environnement humain : modélisation et optimisation du dimensionnement

Multisource systems for harvesting energy in the human environment : modeling and sizing optimization

• Auteur / Autrice : Marianne Lossec
• Direction : Bernard Multon, Hamid Ben Ahmed
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique Électrotechnique Automatique
• Date : Soutenance le 07/07/2011
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pratiques (1998-2015 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphan Astier, Christophe Goupil, Olivier Sentieys
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Delamare, Betty Lemaire-Semail

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ressources énergétiques

Générateurs thermoélectriques

Énergie -- Stockage

Énergie -- Conversion directe

Mots clés libres

Récupération d'énergie ambiante

Modélisation d'un générateur multisource

Générateur micro-cinétique

Générateur thermoélectrique

Optimisation du dimensionnement

Gestion de la consommation

Energy harvesting

Multisource generator modelling

Micro-kinetic generator

Thermoelectric generator

Sizing optimization

Demand-side management

Résumé

Ces travaux s'inscrivent dans la problématique de l'alimentation autonome de systèmes électroniques communicants fondée sur la récupération de l'énergie disponible dans l'environnement humain. Cette thèse traite du dimensionnement d'un générateur multisource (thermique, photovoltaïque et cinétique) avec stockage d'énergie. Afin d'optimiser le dimensionnement d'un tel système dans un contexte de ressources paramétrables, des modèles génériques, adaptés à une large plage de dimensions, ont été établis, à partir de technologies déjà existantes, et validés expérimentalement. L'approche système a permis d'étudier les nombreux couplages multiphysiques existants et de mieux dimensionner le système. Ainsi, il a été montré qu'optimiser le rendement global de toute la chaîne de conversion d'énergie conduit à des solutions différentes de celles résultant d'une optimisation du dimensionnement de chaque organe pris séparément. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, une étude a été menée sur l'impact du profil de consommation sur le dimensionnement du système. Cette étude a permis, sur le cas particulier d'une application réelle, de mettre en évidence le potentiel d'une gestion d'énergie en cas de ressources faibles notamment par l'adaptation des profils de consommation.

This work deals with the problematic of self-powered communicating electronic systems based onenergy harvesting in the human environment. This thesis addresses the sizing of a multisource generator(thermal, photovoltaic and kinetic) with energy storage. To optimize the sizing of such a systemin the context of configurable resources, generic models, adapted to a wide range of dimensions, wereestablished from existing technology, and validated experimentally. The system-level approach wasused to study the many existing multiphysics couplings to better size the system. Thus, it was shownthat optimizing the global efficiency of the whole energy conversion chain leads to solutions differentfrom those resulting from sizing optimization of each component separately. Finally, in the latter partof this thesis, a study was conducted on the impact of load profil on the sizing of the system. Thisstudy, on the particular case of a real application, highlight the potential for energy management inthe case of poor ressources, notably by adapting the load profils.