Etude de capteurs télé-interrogeables alimentés par la pollution Electromagnétique ambiante

Sujets de thèse 2013

Intitulé de la thèse
Etude de capteurs télé-interrogeables alimentés par la pollution Electromagnétique ambiante

Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Financement institutionnel, Contrat Doctoral, Financement régional, Contrats université sur projets,)
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Informatique, électronique
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
Laboratoire Xlim – UMR CNRS 7252 – 123 Av Albert Thomas, 87060 LIMOGES
Laboratoire d’accueil : XLIM/MINACOM

Présentation de l’équipe de recherche
Le département MINACOM regroupe 31 permanents et 45 doctorants et est organisé autour de trois équipes étroitement liées: MINT, OPTOPLAST et MACAO. Les travaux se dérouleront dans l’équipe MIcro et Nano structures pour les Télécoms (MINT) qui développe de nouvelles technologies permettant la micro fabrication de composants comme les MEMS et l’intégration de matériaux innovants pour des applications dans le domaine des microondes, de l’optique et de la biologie.

Résumé de la thèse en français
L’objectif est d’étudier une nouvelle génération de capteurs RF autonomes, capables d’être alimentés par des sources d’énergies de faible puissance, sans batteries. Le travail comprendra deux grandes parties, l’une consacrée au développement d’un capteur d’une grandeur physique simple, comme la température, en utilisant les technologies de micro et nano technologies disponibles au laboratoire. Ensuite, le doctorant développera un circuit de collecte d’énergie à partie des signaux radio générés par les sources électromagnétiques. A la fin du travail de thèse, le doctorant réalisera un oscillateur RF de très faible puissance, pour pouvoir retransmettre les données collectées par le capteur développées au début de la thèse.

Résumé de la thèse en anglais
The aim is to study a new generation of autonomous RF sensors, capable of being powered by low-power energy sources, without the need for batteries. The work will consist of two main parts, one devoted to the development of a sensor of a basic physical quantity, such as temperature, using micro and nano technologies available in the laboratory. Then, the student will develop a collection circuit to power of the radio signals generated by an electromagnetic source. At the end of the thesis, the student will fabricate an RF oscillator with very low power to be able to retransmit the data collected by the sensor developed at the beginning of the thesis.

Description complète du sujet de thèse
L’objectif de cette thèse est d’étudier l’intégration de capteurs autonomes en énergie, par recyclage de l’énergie électromagnétique ambiante.
Aujourd’hui, la majorité des capteurs présents dans notre environnement sont alimentés par des batteries ou raccordés au réseau électrique. Ces capteurs peuvent transmettre les informations récoltées par des signaux radios à une centrale, et ainsi retransmettre l’état de différentes zones d’une habitation, ou d’une ville par exemple. Cependant, les opérations de maintenance qui sont nécessaires au remplacement des batteries, ou l’installation d’un boîtier raccordé au secteur peuvent être rédhibitoires pour ne nombreuses applications. Ainsi, l’installation de capteurs solaires peut permettre d’accéder à un fonctionnement plus autonome, mais reste problématique en période nocturne ou encore à l’intérieur de certains bâtiments. Récemment, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont montré qu’il était possible de collecter l’énergie rayonnée par des sources électromagnétiques artificielles, et de parvenir à «réveiller» périodiquement des capteurs pour assurer la transmission des données qu’ils ont collectées. La densité d’énergie présente n’est pas très élevée, mais l’efficacité du circuit de collecte est très bonne, grâce à tous les développements de l’électronique RF. En effet, les circuits de conversion de tension AC vers une tension DC multipliée de plusieurs ordres de grandeurs sont connus depuis les années 50, pour la génération de tensions DC très élevées pour l’étude de la physique des particules. La réutilisation de ces circuits pour convertir les quelques mVolts disponibles à la sortie d’une antenne centrée sur les fréquences de la Télévision TNT en milieu urbain peut permettre de générer quelques Volts aux bornes d’une capacité capable ensuite d’alimenter un circuit électronique pendant quelques secondes. L’objectif de ce travail sera de développer un capteur micromécanique d’une grandeur physique simple – la température par exemple-, puis de coupler ce circuit à un oscillateur.
Ensuite, le doctorant développera un circuit de conversion d’énergie RF vers du DC, centré sur la TNT pour réveiller l’oscillateur pendant un temps … le plus long possible.
La démonstration expérimentale de ce fonctionnement, puis sa mise en œuvre dans un petit circuit de test constituera la partie finale de cette thèse.

Objectifs scientifiques de la thèse
Analyse, conception, réalisation et caractérisation de capteurs autonomes en technologie MEMS pour l’intelligence ambiante des bâtiments.

Compétences à l’issue de la thèse
A l’issue de la thèse, le docteur formé aura des compétences en conception de filtres, en fabrication de composants MEMS en salle blanche et en mesure de dispositifs passifs et actifs dans le domaine micro-ondes.

Mots clés (séparés par des virgules)
capteurs, MEMS, , conception, fabrication, mesure, télécommunications, énergie
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Directeur de thèse
Pierre BLONDY
Adresse mail du directeur de thèse : pblondy@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 06-15-74-83-48

Co-directeur de thèse
A. Pothier
Adresse mail du co-directeur de thèse : pothier@xlim.fr
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : OUI

Justification du cofinancement LABEX
Co-financement Thèse IUF assuré.
Thématique LABEX concernée :

  • Thème 2: Composants
  • Thème 5: Sécurité
  • Thème 7: Energie

Thèse pour Action transverse : NON

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