Infrastructures routières intelligentes : modélisation des systèmes de récupération d'énergie au passage de véhicules

Smart road infrastructure: modeling of energy harvesting systems for vehicles passing by

• Auteur / Autrice : Hissam Karim
• Direction : Alain Sylvestre
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Matériaux Diéléctriques et Electrostatique

Mots clés

Mots clés libres

Infrastructures routières intelligentes

Récupération d'énergie

Couplage hydraulique électrique

Conversion mécanique électrique

Smart road infrastructure

Mechanical-electrical conversion

Hydraulic-electrical coupling

Energy harvesting

Résumé

Les systèmes de récupération d'énergie par conversion d'énergie mécanique en énergie électrique sont en pleine expansion comme en témoignent les nombreuses publications scientifiques. Parmi ces dispositifs, on trouve des prototypes incorporés au niveau du revêtement des routes : au passage du véhicule (voiture, vélo…), la pression exercée par les roues sur une plaque entraine un ensemble de pistons et autres engrenages qui vont à leur tour déformer des matériaux piézoélectriques ou des générateurs électrostatiques : on va se retrouver avec une conversion dans le sens mécanique – électrique et des énergies de plusieurs Joule/gramme sont atteignables. Si les travaux publiés par la communauté internationale apparaissent innovants en ce qui concerne les prototypes réalisés, on peut s'interroger sur la viabilité de ces installations en terme de fiabilité, leur dimensionnement et l'ingénierie mise en place pour optimiser le rendement de conversion mécanique – électrique. A travers ce travail de thèse, une première partie consistera à reprendre des dispositifs disponibles dans la littérature et à travers des modélisations multiphysiques (mécanique, électrique), le but sera d'identifier les points critiques de ces dispositifs et déterminer des matériaux, des géométries et paramètres de dimensionnement pertinents et robustes dans le temps par rapport aux contraintes imposées. Un second point sera adressé au cours de ce travail de thèse et concernera un couplage hydraulique – électrique pour la génération d'électricité. Là encore, des dispositifs sont proposées dans la littérature scientifiques mais demandent à être validés et optimisés en terme de rendement pour un fonctionnement optimal. Dans une démarche similaire au couplage mécanique – électrique, le but sera ici de modéliser et proposer in fine une nouvelle architecture de conversion hydraulique – électrique à actionner au passage d'un véhicule.

Energy harvesting systems by converting mechanical energy into electrical ones are in full expansion, as shown by the number of scientific publications. Among these devices, we find prototypes incorporated in the pavement of roads: when a vehicle (car, bicycle...) passes by, the pressure exerted by the wheels on a plate drives a set of plungers and other gears that will in turn deform piezoelectric materials or electrostatic generators: there will be a conversion in the mechanical-electrical direction and energies of several Joule/gram can be reached. If the works published by the international community appear innovative as regards the prototypes carried out, one can wonder about the viability of these systems in term of reliability, their dimensioning and the engineering set up to optimize the output of mechanical - electric conversion. Through this thesis work, a first part will consist in taking back devices available in the literature and through multiphysics modelling (mechanical, electrical), the goal will be to identify the critical points of these devices and to determine materials, geometries and parameters of relevant and robust dimensioning in time compared to the imposed constraints. A second point will be addressed during this thesis work and will concern a hydraulic - electrical coupling for the generation of electricity. Here again, devices are proposed in the scientific literature but need to be validated and optimized in terms of performance for optimal operation. In a similar approach to the mechanical-electrical coupling, the goal will be to model and propose a new architecture of hydraulic-electrical conversion to be activated when a vehicle passes.