Soutenance de thèse de Namanu PANAYANTHATTA

Mots-Clés:
Nanotechnology,nanogenerateurs,AFM characterization,electrical characterization,Nanosystems,piezoelectrique

Résumé :
L'objectif global de ce travail de thèse est l'étude de la récolte de puissance des vibrations ambiantes à des fréquences relativement basses < 500 Hz en utilisant des matériaux piézoélectriques sans plomb afin d'alimenter des capteurs ou des actionneurs de faible puissance utilisés dans les réseaux IOT (Internet of Things). Le concept IOT comprend des « structures intelligentes » avec des capteurs autonomes, des actionneurs et des circuits électroniques à faible consommation associés répartis sur un réseau de nœuds de capteurs sans fil (WSN) capables de détecter et de partager des données entre eux et avec l'unité maître. Afin de le rendre totalement autonome, il est très important qu'elles soient alimentées indépendamment et il est donc difficile de remplacer l'énergie épuisée dans les batteries. Dans cette situation, la récolte de vibrations mécaniques ambiantes omniprésentes en utilisant des transducteurs piézoélectriques, pour générer de l’électricité pour alimenter les WSN est un choix prometteur. Cependant, les céramiques piézoélectriques hautes performances les plus utilisées, telles que le Titanate de Zirconate de Plomb PZT, contiennent du plomb qui est dangereux. Récemment, l'Union européenne a également mis en œuvre la législation sur la restriction des substances dangereuses, qui a établi une norme stricte restreignant l'utilisation de matériaux piézoélectriques à base de plomb dans les futurs appareils électroniques. Cette thèse étudie donc de nouveaux matériaux sans plomb en tant que candidats potentiels pour des dispositifs de récupération d'énergie à haute performance. Cette thèse commence par l'introduction de base à la récupération d'énergie à micro-échelle pour alimenter les nœuds IOT, suivie du chapitre sur les matériaux piézoélectriques et l'extraction de leurs propriétés de base afin de développer des dispositifs, suivi de l'application de tels dispositifs à la détection en temps réel. La thèse se concentre sur l'étude de matériaux piézoélectriques sans plomb tels que le niobate de sodium et de potassium, le tantalate de lithium et le niobate de lithium en tant que candidats potentiels pour des applications de récupération d'énergie. Une brève discussion sur le traitement et le dépôt de ces matériaux piézoélectriques pour fonctionner comme des dispositifs de récupération d'énergie est également présentée. Diverses techniques qui ont été utilisées pour caractériser les propriétés piézoélectriques électromécaniques, des morphologies telles que la microscopie à force atomique sont des exemples typiques de ces techniques. Les propriétés électromécaniques extraites sont comparées à l'état de l'art de la littérature. La fabrication et la caractérisation d'un microgénérateur sans plomb à base de plaquette de lithium niobate sans plomb sont décrites. En outre, le circuit de conditionnement de tension pour assurer une sortie CC contrôlée et stable est discuté. Une architecture efficace pour le transfert de puissance maximale (MPPT) du récupérateur d’énergie à la charge est proposée. Il peut être utilisé pour alimenter un capteur de vibrations sans fil autonome en énergie (Energy Autonomous Wireless Vibration Sensor-EAWVS). Les applications concernent la surveillance de l'état dans les automobiles, les machines lourdes et les moteurs, etc. L'EAWVS offre une flexibilité supplémentaire, qui permet la lecture de mesure à distance et sans fil en exploitant le Bluetooth Communication (Bluetooth Low Energy-BLE) basse consommation et balises émettrices sur une BS distante avec la lecture du capteur basée sur la lecture facile à mettre en œuvre du domaine temporel en mesurant le temps publicitaire (advertising Time, Tadv). Enfin, un bref résumé de la prospective future est discuté.

Membres du jury :

• Edwige BANO, PROFESSEUR DES UNIVERSITES, Grenoble INP : Directeur de thèse
• Daniel ALQUIER, PROFESSEUR DES UNIVERSITES, Université de Tours :  Rapporteur
• Alain GIANI, PROFESSEUR DES UNIVERSITES,Université de Montpellier : Rapporteur
• Skandar BASROUR, PROFESSEUR DES UNIVERSITES, Université Grenoble Alpes : Examinateur