14/02/2020

Explorer les possibilités de production d’électricité par effet triboélectrique à partir de l’énergie mécanique du contact pneu/chaussée


  • ORGANISATION/COMPANY
    Université Gustave Eiffel
  • RESEARCH FIELD
    TechnologyEnergy technology
  • RESEARCHER PROFILE
    First Stage Researcher (R1)
    Recognised Researcher (R2)
    Established Researcher (R3)
    Leading Researcher (R4)
  • APPLICATION DEADLINE
    14/04/2020 00:00 - Europe/Brussels
  • LOCATION
    France › Champs sur Marne et Nantes
  • TYPE OF CONTRACT
    Temporary
  • JOB STATUS
    Full-time
  • OFFER STARTING DATE
    14/10/2020

La route reste encore l’un des principaux vecteurs de mobilité des personnes devant les autres modes (rail, mers et aires). Depuis les premiers aménagements terrestres permettant le déplacement à pieds, à nos voies de circulation pour véhicules à roues d’aujourd’hui, la route n’a pas cessé d’évoluer en se réinventant avec des innovations. Aujourd’hui, elle est devenue beaucoup plus sûre et plus durable. Demain, elle basculera dans l’aire de la « Route de 5ème Génération (R5G) ». Elle sera coopérative, intelligente et automatisée [ref – R5G Ifsttar] : Elle communiquera et échangera de l’énergie avec les véhicules; elle sera capable de s’auto-diagnostiquer et de s’auto-réparer et sera de plus en plus faite de matériaux recyclables.

Ainsi, La R5G contiendra un grand nombre de capteurs qui devront régulièrement mesurer et transmettre des informations (quantité, type/poids des véhicules, température, humidité, usure…). Se pose alors le problème de l’alimentation régulière de ces systèmes communicants et « abandonnés ». Une première solution est l’utilisation de cellules photovoltaïques. En effet, l'énergie solaire est de plus en plus utilisée, non seulement pour ses avantages écologiques mais aussi entre autre pour ses avantages économiques. Elle est renouvelable et donc inépuisable, contrairement aux énergies fossiles.  

Cependant, malgré les avantages cités ci-dessus, cette solution a aussi des inconvénients principalement liés à l’irrégularité de sa production d’énergie. En effet, la production dépend largement de l’ensoleillement et donc du moment de la journée (jour ou nuit), de la météo (couverture nuageuse) et aussi de l’efficacité et l’état de propreté des surfaces des panneaux (problèmes de salissures). Pourtant, le besoin d’alimentation de ces systèmes communicants reste le même quelles que soient le moment de la journée, de la saison ou de la météo, il faut donc explorer en parallèle d’autres alternatives comme sources d’alimentation.    

La triboélectricité1 pourrait être une des options possibles pour la conversion de l’énergie mécanique issue du passage d’un véhicule sur la chaussée. Basée sur le contact et non sur la résonnance du système mécanique, elle nécessite une moins grande amplitude de déplacement qu’avec des transducteurs électromagnétiques ou piézoélectriques et est parfaitement adaptée aux matériaux à la fois souples et bon marchés, ce qui rend son utilisation beaucoup plus adaptable au différentes configurations de terrain. 

La triboélectricité comme moyen de conversion de l’énergie mécanique en électricité pour l’alimentation des capteurs et l’internet des objets a été introduite en 2012 par Z. L. Wang, professeur à Georgia Tech qui proposa le concept de « Tribo Electric Nano Generator (TENG) [1, 2]. Comme tout transducteur électrostatique, pour être efficace un TENG doit (i) générer une grande quantité de charges par contact grâce à l’utilisation de deux matériaux ayant de grandes affinités triboélectriques, et (ii) avoir une importante variation de capacité entre pendant et après le contact. Une troisième difficulté est que les TENGs ne sont efficaces que s’ils génèrent des tensions de plusieurs centaines de volts, ce qui complique leur électronique de conditionnement [4-6].

Des systèmes de récupération d’énergie mécanique à base de mousses triboélectriques peuvent être placés directement sur la chaussée, ou mieux directement inclus dans des « dos d’âne » déformables par affaissement ou glissement. Chaque passage d’un véhicule sur la chaussée ainsi modifiée localement créera un pic de courant qui pourra charger une capacité ou une petite batterie afin d’alimenter un système électronique. L’objectif de cette thèse est de développer un système générant suffisamment d’énergie pour permettre à chaque passage de véhicule l’envoi, par une communication sans fil basse consommation, d’une information capteur, par exemple pour le déclenchement d’un signal de sécurité dans une zone à risque, ou une information sur le type et/ou le poids d’un véhicule, le niveau d’humidité de la chaussé…. 

Le travail sera principalement expérimental et consistera à:

  1. Développer un matériau permettant la création d’énergie électrique lorsque celle-ci est déformée au passage d’un véhicule,
  2. Mettre au point le dispositif de récupération d’énergie et son électronique afin de délivrer une tension régulée pour alimenter un capteur sans fil communicant,
  3. Étudier les différentes possibilités d’intégration dans la chaussé et les éventuelles modifications à apporter à la structure en fonction des différentes options (sur ou sous la chaussé, électronique déportée ou non…).



Funding category: Contrat doctoral



PHD title: Doctorat en Science de l'ingénieur

PHD Country: France

Offer Requirements

Specific Requirements

Le travail sera principalement expérimental et consistera à:

  1. Développer un matériau permettant la création d’énergie électrique lorsque celle-ci est déformée au passage d’un véhicule,
  2. Mettre au point le dispositif de récupération d’énergie et son électronique afin de délivrer une tension régulée pour alimenter un capteur sans fil communicant,
  3. Étudier les différentes possibilités d’intégration dans la chaussé et les éventuelles modifications à apporter à la structure en fonction des différentes options (sur ou sous la chaussé, électronique déportée ou non…).

Map Information

Job Work Location Personal Assistance locations
Work location(s)
1 position(s) available at
Université Gustave Eiffel
France
Champs sur Marne et Nantes

EURAXESS offer ID: 492760
Posting organisation offer ID: 90298

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