1. Micro-ondes & économie
d’énergie
Journée TIC & développement durable
26 mars 2009
François GALLEE
25/03/2009

2. Plan
Introduction
La récupération de l’énergie électromagnétique :
• Couplage magnétique
• Couplage électrique
Intérêts et conclusion
page 1 Département micro-ondes

3. Introduction
Le rayonnement solaire:
L'énergie solaire est l'énergie émise par le soleil sous forme d'ondes
électromagnétiques (principalement entre 0,3 et 3 micromètres)
Courant électrique
Rayonnement solaire
Transfert de l’énergie aux atomes du
silicium qui génèrent des électrons
Utilisation du même principe pour l’ onde radio
Onde électromagnétique avec Freq < 3000GHz
Onde radio Courant électrique
Génération d’un courant
sur les fils
page 2 Département micro-ondes

4. Différentes approches possibles vis à vis
du développement durable
Utilisation de l’énergie déjà disponible dans l’environnement
Station de base GSM Émetteur FM
• Solution la plus attractive car récupération d’une énergie
actuellement perdue
Génération de source radio-fréquence pour le transfert
d’énergie
• Ne plus avoir besoin de câbles d’alimentation (cuivre), de
piles….
page 3 Département micro-ondes

5. La récupération de l’énergie
électromagnétique
Un large spectre de fréquence disponible
Deux solutions pour la récupération de l’énergie :
• Par couplage magnétique
• Par couplage électrique
page 4 Département micro-ondes

6. Couplage magnétique
Avantages de la transmission d'énergie par induction magnétique
• Source de puissance bon marché
• possibilité de traverser certains milieux matériels en fonction de la
fréquence de travail (125 kHz, 13.56 MHz ...)
Contraintes liées à la transmission d'énergie par induction
magnétique
• Distance de travail limitée
• Antennes difficilement miniaturisables
• Puissances d'émission limitées (dépend de la fréquence)
page 5 Département micro-ondes

7. Couplage magnétique
Transfert d’énergie sans fil très courte distance « WITRICITY »
Ampoule de 60W alimentée à 2m
A 10cm de l’antenne : E=1400 V/m H= 8 A/m
Au milieu des 2 antennes : E=210V/m H=1A/m
Norme ICNIRP (fréquence 10MHz)
norme ICNIRP
E=61 V/m H= 0.16 A/m
non respectée
E=28 V/m H= 0.073 A/m
page 6 Département micro-ondes

8. Couplage magnétique
Alimentation sans fil très courte distance
Bilan sur le couplage magnétique
• Système non adapté à la récupération d’énergie dite « perdue »
• Système développé pour le transfert d’énergie d’un point à un autre
sans câble sur une faible distance
page 7 Département micro-ondes

9. Couplage électrique
Avantages de la transmission d'énergie par faisceau micro-ondes
• Possibilité de miniaturisation
• Distance de travail supérieure aux systèmes par induction magnétique
• Antennes directionnelles ou non
• Possibilité de transfert d'information associé à l'onde énergétique
Contraintes liées à la transmission d'énergie par faisceau micro-
ondes
• Sources de puissance onéreuses
• Impossibilité de traverser certains milieux (eau, métal ...)
page 8 Département micro-ondes

10. Couplage électrique
« Rectenna » à 2.45GHz
• Tension de sortie de 3V
En se référençant aux niveaux établis par l’ ICNIRP
Norme Champ électrique Puissance Courant
maximum
Travailleur 137 V/m 70 mW 25 mA
Grand public 61 V/m 30 mW 10mA
page 9 Département micro-ondes

11. Couplage électrique
Champ électrique disponible dans l’environnement
• Source : ANFR « cartoradio »
Champ électrique GSM: 2 V/m
Champ électrique total: 2.4V/m
Puissance disponible ≈ qq mW
soit un courant max de 1mA
page 10 Département micro-ondes

12. Couplage électrique
Application Indoor WIFI 2.45GHz : Puissance maximale rayonnée:
100mW (ANFR)
25,0
20,0
15,0
E (V/m)
10,0
à 2m: E= 1V/m
5,0
0,0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Distance (m)
Évolution du champ électrique en fonction de la distance
Niveau de champ électrique relativement faible
Répartition spatiale plus ou moins uniforme (la source d’énergie n’est
pas focalisée dans une direction comme l’énergie solaire)
Problématique: Augmenter la surface de l’antenne tout en ayant un
récepteur omnidirectionnel
page 11 Département micro-ondes

13. Rendement de conversion
Redressement par un transistor HEMT avec une
antenne patch
PRF=6dBm PDC= 2mW
Le niveau de champ électrique
nécessaire avec une antenne dipôle
est d’environ 5V/m
page 12 Département micro-ondes

14. Applications: RFID Bande de fréquence:
• 13.56MHz
Radio Frequency Identification
• 868MHz (Europe)
• 915MHz (US)
• 2.4GHz
•Sensibilité typique d’un tag à 868MHz : -10dBm
•soit un niveau de champ électrique de 1.6V/m
10,0
9,0
8,0
7,0
6,0
E (V/m)
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Distance (m)
PIRE=500mW (ANFR)
page 13 Département micro-ondes

15. Intérêts potentiels et conclusion
Intérêts vis à vis du développement durable
• Alimentation sans fil de puissance (utopique vis à vis de la santé)
• Alimentation de système très basse consommation (appareil en veille)
• Micro-capteur très faible consommation autonome (capteur de
luminosité, de température)
Conclusion
• Énergie disponible dans l’environnement pour l’alimentation
d’appareils avec une consommation inférieure au mA
• Recherche active au niveau mondial
• La santé et l’énergie sont indissociables : lancement d’un appel à
projet en mai 2009 AFSSET et ADEME
page 14 Département micro-ondes