Dans le cadre du projet de recherche technologique réalisé durant le premier semestre de leur cinquième année dans la spécialité génie électrique par alternance, les étudiants Michel KAM et Jérôme KLEIN ont étudié la transmission d’énergie sans fils à travers un lien inductif ou photovoltaïque. La finalité de ce projet est de proposer des solutions technologiques visant à recharger un élément de stockage intégré sur une puce implantable sous la peau.
Durant ce projet encadré par M. Guy STURZER et en partenariat avec le laboratoire de recherche ICube de Strasbourg, ils ont exploré les possibilités de transfert d’énergie inductif et solaire miniature. Ce projet a pour but de mettre en œuvre ces concepts éprouvés dans le secteur de l’électrotechnique macroscopique au domaine de la microélectronique. L’objectif est de valider l’utilisation de ces technologies sur maquette d’une taille supérieure et ainsi de permettre dans un second temps une gravure sur micro puce.
Compte tenu de l’application finale, des contraintes supplémentaires se sont ajoutées telles que le respect des réglementations en vigueur concernant l’exposition du public au champ électromagnétique ou au rayonnement optique ainsi que l’utilisation d’un langage de programmation spécifique aux applications en microélectronique : le VHDL pour l’implémentation d’algorithmes sur une plateforme FPGA.
Après une étude théorique des effets électromagnétiques et photovoltaïques ainsi que la quantification des énergies pouvant être transmises et stockées, des simulations ont été réalisées afin de valider les concepts mis en œuvre. C’est ainsi qu’un certain nombre de paramètres d’influence ont pu être mis en lumières concernant le transfert inductif et de nombreuses recherches ont été nécessaires pour optimiser la transmission d’énergie.
Par la réalisation de plusieurs maquettes, ils ont pu mettre en œuvre un transfert d’énergie par lien inductif, permettant dans un premier temps de quantifier les gains potentiels liés notamment à l’utilisation de ferrites et à l’adaptation du circuit de charge. Puis dans un second temps, ils ont effectué la recharge d’un supercondensateur comme élément de stockage d’énergie en quantifiant les améliorations permise par l’optimisation du lien. Ils ont également réalisé grâce à la plateforme de développement composée d’un FPGA Altera Cyclone IV différents algorithmes de recherche de point maximum de puissance permettant le pilotage d’un convertisseur DC/DC pour la partie photovoltaïque. L’utilisation de ce circuit logique particulier permettra dans le cadre de la miniaturisation du système, de connaitre exactement le nombre de transistors et d’éléments logiques nécessaires à la réalisation du programme et permettra ainsi un gain de place et de consommation.
Ces maquettes ont permis de mettre en œuvre plusieurs procédés répondant chacun à un aspect différent de la problématique, permettant ainsi une comparaison sur les axes de la performance et de l’optimisation du nombre de composants. Tout au long de ce projet, ils se sont appuyés sur des logiciels de simulations par éléments finis (femm), d’électronique de puissance ainsi que des outils de simulation en temps réel d’enchainement du code VHDL.
Ce projet a été l’opportunité de sortir des champs disciplinaires traditionnels dans lesquels les étudiants ont l’habitude d’évoluer en proposant des solutions qui pourront dans un second temps être exploitées à une échelle plus petite dans le domaine de la microélectronique.