Lettre du LAAS

Publication trimestrielle du Laboratoire
d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS

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Grâce aux avancées des techniques d'intégration et des technologies de communication sans fil, le concept de réseau de capteurs autonomes communicants sans fil ou d'objets intelligents distribués est en pleine émergence et suscite des espoirs importants pour grand nombre d’applications. Encore faut-il les pourvoir, pour garantir leur autonomie sur de longues durées, de micro sources d’énergie

Ces capteurs distribués laissent entrevoir l’espoir d’acquérir des mesures en grand nombre, en continu et de façon peu invasive, voire invisible, et de communiquer en temps réel les informations recueillies en vue d’assurer une fiabilité accrue sur l’état d’un système, et d’intégrer sécurité et intelligence dans les équipements. Les domaines d’applications sont multiples, les mieux identifiés étant la santé, le génie civil, le suivi industriel, l’aéronautique, la défense et la sécurité. La perspective de développer une intelligence ambiante requiert d'importantes innovations dans la conception et l'intégration technologique de micro sources d’énergie afin d’assurer une autonomie énergétique aux capteurs sur de longues durées. Les efforts de recherche sont effectués à plusieurs niveaux. La réalisation de dispositifs élémentaires de récupération de l'énergie à partir de rayonnement solaire, de vibrations, de différence de température... ; puis la conception de dispositifs de stockage énergétique tels que des super capacités, des batteries ou des piles à combustibles miniaturisées. Il faut ensuite concevoir des architectures pour la gestion de l'énergie embarquée et procéder à la miniaturisation ultime de ces systèmes embarqués autonomes.
Le LAAS est impliqué dans cet axe de recherche dans le cadre d’un projet financé par la Fondation Recherche Aéronautique et Espace, AUTOSENS. L’objectif est de concevoir et d’intégrer un micro système de gestion de l’énergie basé sur la récupération d’énergie ambiante pour alimenter un capteur sans fil destiné à la surveillance d’une structure aéronautique. L’ambition est de remplacer les liaisons filaires actuellement déployées dans les avions, qui représentent plusieurs centaines de km dans les gros porteurs tel l’A380. Or, ces équipements ont des inconvénients majeurs en termes de flexibilité, de coût important lors de la mise en oeuvre, et de difficulté de mise en place.

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Le défi pour ces réseaux de capteurs est associé à leur longévité énergétique dans la mesure où l’on vise une autonomie de 40 ans, inaccessible avec les batteries actuelles. L’option technologique proposée par le LAAS est d’exploiter l’énergie disponible dans l’environnement proche du capteur, thermique et vibratoire, et de gérer au mieux, par la conception d’une électronique spécialisée, son utilisation et son stockage, principalement capacitif et électrochimique. L’énergie provenant des vibrations mécaniques de la structure de l’avion sera récupérée grâce à un transducteur piézoélectrique, et les gradients de température lors des phases d’ascension et de descente de l’avion seront exploités grâce à des
thermo éléments. En parallèle et dans une démarche de conception de systèmes fonctionnels, des circuits de traitement et de gestion de l’énergie spécialisés sont conçus en utilisant composants commerciaux très basse consommation et en minimisant le volume de l’électronique.