Probabilistic flexural analysis and characterization of energy harvesting systems

Abstract

La récupération d’énergie, couvre un grand nombre de technologie et de dispositifs qui transforment des sources d’énergie de faible quantité telles que l’énergie solaire, l’énergie de vibrations, énergie thermique et mouvement humain en énergie électrique utilisable. Dans cette thèse, nous avons proposé deux modèles physiques visant à transformer les énergies issues des vibrations mécaniques en électricité dans l’optique de rendre autonome les appareils microélectroniques. Le premier est un modèle hybride,combinant deux mécanismes de transduction à savoir la transduction piézoélectrique et transduction électromagnétique, et soumis à un bruit blanc Gaussien. Le deuxième modèle proposé est également un modèle hybride, construit `a partir du premier modèle et soumis `a un bruit coloré. Pour chacun des modèles, la méthode de la moyenne stochastique est utilisée afin de construire les équations de Fokker-Planck-Kolmogorov de chacun des systèmes dont la réponse statistique `a l’état stationnaire est une densité de probabilité. Dans le premier dispositif, les carrés moyens de la tension et du courant sont obtenus pour des valeurs différentes du coefficient de couplage et de l’impédance électrique exprimant la puissance de sortie générée par les circuits piézoélectrique et électromagnétique. les carrés moyens de la tension et du courant du second modèle sont obtenus pour diverses valeurs du coefficient de la résistance linéaire et non linéaire. En combinant respectivement le bruit blanc Gaussien pour le premier modèle, le bruit coloré pour le second modèle avec une excitation cohérente, la résonance stochastique fantôme est observée `a travers le temps moyen de résidence et améliore la quantité d’énergie récoltée par le système. La stabilité du système est étudiée en utilisant une approche probabiliste. Dans les deux modèles, La concordance entre la méthode analytique utilisée et celle obtenue numériquement valide l’efficacité des investigations analytiques. les résultats obtenus dans cette thèse montrent l’intérêt d’utiliser la résistance de charge exhibant des non-linarités dans ce domaine de recherche. En outre, ces résultats révèlent que, bien que la fréquence fondamentale soit absente dans la bande de fréquence de l’excitation cohérente, les performances du système peuvent être améliorées pour certaines valeurs de l’intensité du bruit.