Développement d`un système d`alimentation d`un nœud de capteur

UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE
Faculté de génie
Département de génie mécanique
Développement d’un système d’alimentation d’un nœud
de capteur sans fils à partir d’un récupérateur
piézoélectrique pour des applications dans l’automobile
Mémoire de maîtrise
Spécialité : génie mécanique
Mohamed SRIDI
Jury : Luc Fréchette (directeur)
Patrice Masson
Alexis Lussier Desbiens
Sherbrooke (Québec) Canada Décembre 2014

À ma mère, à mon père, à mes sœurs

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RÉSUMÉ
Le développement intensif de l’électronique à très faible consommation énergétique et des
technologies de communication sans fils ont permis l’apparition des nœuds de capteur sans fils
dans plusieurs domaines. Un nœud de capteur sans fils devrait être un système autonome.
Néanmoins, les batteries sont utilisés jusqu’à aujourd’hui pour son alimentation. L’utilisation
des batteries comme source d’énergie présente des défis majeurs tels que le coût de
remplacement et d’entretien. L’objectif de ce projet est de valider la possibilité d’alimentation
d’un nœud de capteur sans fils à partir de l’énergie vibratoire à travers un récupérateur
piézoélectrique. Un système d’alimentation complet d’un nœud de capteur sans fils contient le
transducteur piézoélectrique, une unité de gestion de puissance et un élément de stockage.
Ce mémoire de maîtrise présente les travaux élaborés dans le but de définir une configuration
bien adaptée d’un système d’alimentation autonome complet. La réalisation de ce projet a
nécessité le développement d’un démonstrateur expérimental du système en se basant sur des
composants commerciaux. Ce démonstrateur a permis de valider la faisabilité du système de
récupération d’énergie vibratoire pour des excitations qui peuvent exister dans le domaine de
l’automobile en termes de fréquence de résonance et amplitudes d’accélération. Tout d’abord,
les besoins énergétiques du nœud de capteur à alimenter et du circuit de gestion de puissance
sélectionné ont été caractérisés expérimentalement en établissant une communication entre le
nœud et une station de base. À partir de ces résultats, le transducteur piézoélectrique et
l’élément de stockage adéquats ont été déterminés. Dans notre cas, le transducteur
piézoélectrique choisi est soumis à une excitation harmonique d’amplitude 0.3 g et de
fréquence de 65.8 Hz. Il alimentait le nœud de capteur sans fils développé opérant à une
période de transmission de 17s à travers le circuit de gestion de puissance de faibles pertes
favorisant le transfert optimal d’énergie entre l’entrée et la sortie du système. La fonctionnalité
du système a été mise en évidence et une méthodologie comportant les différentes
considérations à tenir en compte lors de développement de ce type de système a été proposée.
Il est démontré que l’étude énergétique du système est un atout pour son développement. En
effet, le design du transducteur piézoélectrique doit être fait de telle façon que la puissance
générée par le récupérateur piézoélectrique soit supérieure à la puissance requise par le reste
du système. Pour cela, la source de vibration doit être caractérisée en termes de fréquence et
amplitude d’accélération. La puissance totale requise par le nœud de capteur et le circuit de
gestion de puissance doit être déterminée. Le dimensionnent de l’élément de stockage doit
aussi tenir compte de l’énergie totale requise par la charge.
Mots-clés : Récupération d’énergie, transducteur piézoélectrique, gestion de puissance,
stockage, nœud de capteur sans fils

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REMERCIEMENTS
J’adresse tout d’abord mes remerciements sincères à mon directeur de recherche Luc Fréchette
pour sa disponibilité, son soutien, ses excellents conseils et son approche professionnelle qui a
contribué à la réussite de ce projet.
Je tiens à remercier mes deux collègues de groupe de recherche, Etienne Leveillé et André
Dompierre pour leurs contributions et leur collaboration tout au long de ma maitrise. Je désire
également remercier deux anciens stagiaires de mon groupe de recherche, Mohamed S. Traoré
et Julien Berthiaud-Mercier pour leur support soutenu dans la phase de programmation du
nœud de capteur sans fils.
Merci également, aux différents membres du groupe Micros pour les moments de fraternité
que nous avons partagé durant mon projet.
Je tiens à exprimer ma gratitude aux membres du jury d’avoir accepté l’évaluation de mon
mémoire.
Finalement, j’aimerais remercier la mission universitaire de la Tunisie à Montréal pour le
financement de ma maîtrise.