Il n'existe actuellement aucun traitement efficace pour les patients présentant une blessure au niveau de la moelle épinière. Ce triste constat est, en partie, dû à la présente d'une cicatrice empêchant la repousse des tissus. Dans ce contexte, des biomatériaux (composés non-toxiques) pourraient être implantés afin de réduire la cicatrice en formation et de fournir un support de repousse aux fibres nerveuses. Parmi ces biomatériaux, certains semblent induire de nombreuses améliorations chez le rat. Nous avons renforcé ces résultats, à l'aide de techniques électrophysiologiques. De plus, nous avons développé un nouveau matériau dégradable afin de limiter toutes réactions délétères à long terme. Après avoir synthétisé notre matériau, combinant les qualités de dégradabilité de l'acide poly(lactique) et les propriétés mécaniques du poly(méthacrylate d'hydroxyéthyle), nous avons évalué ses différentes caractéristiques et ses effets thérapeutiques. Les résultats obtenus sont encourageants. Il serait maintenant intéressant de coupler notre biomatériau à des molécules bioactives ou à des cellules. / Currently, there is no treatment for patients with spinal cord injury. This pessimistic statement is, in part, due to the presence of a scar that prevents tissue regrowth. In this context, biomaterials (non-toxic compounds) could be implanted in order both to reduce the scar formation and to provide a growth support for nervous fibers. Among those biomaterials, many seem to induce numerous benefic effects in the rat model. We confirmed these data by the use of electrophysiological techniques. In addition, we developed a new degradable material so as to limit any long term deleterious reactions. After having synthesized our material, combining the degradable quality of the poly(lactic acid) and the mechanical properties of the poly(hydroxyethyl methacrylate), we analyzed its different characteristics and its therapeutic effects. The obtained results are encouraging. Now, it would be interesting to couple bioactive molecules or cells with our biomaterial scaffold.

Cette thèse vise à améliorer la pile de protocoles pour réseaux de capteurs sans fil à récupération d'énergie afin de les rendre autonomes dans un contexte multi-saut. Elle s'inscrit dans le projet GreenNet de STMicroelectronics qui a pour objectif de concevoir et développer une nouvelle génération d'objets intelligent basés sur la récupération d'énergie ambiente en vue de l'intégration dans l'Internet des Objets. L'originalité de la plateforme GreenNet repose sur sa petite taille qui implique une faible capacité de stockage d'énergie ainsi qu'une faible capacité de récupération d'énergie. Avec un si faible budget d'énergie, les protocoles standards ou les solutions proposées par les communautés académique/industrielle ne permettant pas d'assurer un fonctionnement autonome de ces réseaux. Dans cette thèse, nous analysons les protocoles standards et les solutions existantes pour identifier leurs limites avec la plateforme GreenNet. Ensuite, nous proposons 3 contributions afin de permettre cette autonomie. La première contribution est MCBT, un protocole permettant d'accélérer la découverte et le rattachement de nouveaux noeuds à un réseau multi saut et multi-canaux en formation ou existent. Ce protocole réduit efficacement l'énergie dépensée dans cette phase fortement consommatrice. La deuxième contribution est STADA, un algorithme adaptant l'activité des capteurs en fonction des conditions locales de trafic et d'énergie disponible. STADA est basé sur une fonction de pondération qui tient compte de l'énergie présente dans la batterie, du taux de récupération d'énergie et du trafic local. Enfin, notre troisième contribution propose une nouvelle métrique de routage basée sur Expected Delay synthétisant en une seule variable monotone des facteurs tels que l'éloignement au puits, les chemins bénéficiant d'un ordonnancement de relayage de paquet privilégié et de périodes cumulées d'activité des radios sur le chemin favorable. Toutes les solutions proposées sont conçues pour fonctionner avec la norme IEEE 802.15.4 slotté et sont facilement transposables à son évolution définie par la norme IEEE 802.15.4e. Nous avons validé les protocoles proposés grâce à un simulateur émulant des noeuds réels (Cooja) et au simulateur WSNet. Les résultats ont montré de meilleures performances en termes de consommation d'énergie et de qualité de service par rapport à l'existant. / This thesis concerns energy efficient protocols for harvested wireless sensor networks. It is a part of an industrial Internet of Things project. STMicroelectronics started the GreenNet project with the objective to develop and design a new generation of harvesting smart objects to be integrated in the Internet of Things. The GreenNet platform is novel with respect to the existing solutions due to its small size that implies a small energy buffer and small harvesting capabilities. This aspect makes the standard protocols and precedent solutions not directly applicable on this extremely low power platform. In this dissertation, we analyse standard protocols and existing solutions to identify their issues in the gn platform. Then, we provide protocol and algorithm adaptations to make feasible the concept of auto configurable and sustainable networks of GreenNet nodes. We proposed MCBT, an energy efficient protocol for the bootstrap procedure. It enables low power nodes to be enrolled in mh mc wireless sensor networks thanks to the network support for enrolling new nodes. It represents an energy efficient solution that extends the standard protocol. We proposed STADA, a sustainable algorithm to adapt the node activity according to the available energy and traffic conditions. STADA is based on a weighted function that takes into account the energy present in the battery, the energy harvesting rate, and network traffic. In this way, the algorithm takes into account all main parameters to adapt the energy consumption and improve the node performance. To make the harvested network more efficient according to light variations, we proposed a novel metric that makes the path choice a simple process. With the Expected Delay, we synthesize all network parameters in a single monotonic variable that facilitates the path choice in mh harvesting wireless sensor networks. All proposed solutions are designed to work with standard beacon-enabled IEEE 802.15.4 protocols and are easily portable on the future version of IEEE 802.15.4e. We validated the proposed protocols with emulations and simulations. The evaluation results shown better performance in terms of energy consumption and quality of service.

Le développement de systèmes de récupération d’énergie (ou energy harvesting systems en anglais) va de pair avec l’émergence de l’Internet des Objets et notamment la prolifération de réseaux de capteurs devant répondre aux besoins croissants en informations, que ce soit dans le domaine de l’industrie, de la sante, de la domotique ou de l’environnement qu’il soit urbain ou naturel. Les progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des Technologies de l’Information et de la Communication ont permis de lever certains verrous technologiques au déploiement de ces réseaux de capteurs intelligents et autonomes, notamment grâce a l’amélioration des performances intrinsèques des composants microélectroniques (vitesse, consommation), la conception de circuits plus économes en énergie, ou bien la mise en place de standards de communications radio adaptes a ces contraintes énergies. Etant donné l’ubiquité des sources d’énergie, la fabrication de générateurs permettant d’alimenter directement ces capteurs à partir de ces sources représente une alternative viable à l’utilisation de batteries pour prolonger la durée de vie de ces capteurs communicants. Diverses technologies de générateurs ont ainsi été proposes pour s’adapter aux différentes formes que peut prendre l’énergie, qu’elle soit d’origine thermique, mécanique, solaire ou électromagnétique.Le présent travail est une contribution au développement de certains dispositifs de récupération thermiques basés sur l’exploitation des propriétés thermiques et mécaniques de bilames thermostatique. Ce type de générateurs, propose et développe au sein de STMicroelectronics à Crolles, se veut être une alternative fiable et bas cout a l’utilisation de matériaux thermoélectriques exploitant l’effet Seebeck pour générer de l’énergie électrique. Divers dispositifs ont déjà été fabriqués, démontrant la capacité des moteurs thermiques à base de bilames thermostatiques à alimenter des capteurs autonomes en fonctionnement synchrone et asynchrone. L’objectif de cette thèse est alors de démontrer la possibilité de miniaturiser de tels moteurs thermiques grâce aux techniques de fabrications utilisées en microélectronique. Afin de garantir le fonctionnement de ces systèmes a micro-échelle, un important travail de fond a d’abord été effectue sur la compréhension et la modélisation des phénomènes de couplages thermomécaniques a l’origine du comportement bistable des membranes bimétalliques. Ce travail a débouché sur la démonstration théorique du fonctionnement des moteurs thermiques a base de bilames et sur l’évaluation de leur performances énergétiques (énergie disponible, efficacité thermique, efficacité de Carnot relative). Dans la continuité de ce premier modèle, d’autres travaux ont été menés pour évaluer les performances de moteurs thermiques exploitant différents phénomènes de couplage électromécanique en vue de convertir l’énergie mécanique générée par les bilames thermostatiques en énergie électrique exploitable par les capteurs autonomes. La simulation du comportement des micro-générateurs à l’aide de ces divers modèles a debouché sur des lois d’échelles sur les performances des moteurs thermiques. Finalement, divers procédés de fabrications ont ete développé pour permettre la fabrication de microstructures thermiquement bistables. / The development of energy harvesting systems is linked to the emergence of the Internet of Things (IoT) and especially the proliferation of Wireless Sensors Networks that should respond to the growing needs for monitoring data in domains as diverse as the industry, the urban or natural environments, the home, or the human body etc. Recent progress in the field of information technologies have enabled to remove some of the technical obstables to the deployment of these smart and autonom devices, in particular thanks to the improvement of the performances of microelectronic components, the design of ultra-low-power circuits, or the creation of wireless communications standards adapted to the energy needs of wireless sensors. Given the great availability of energy sources, energy harvesters are reliable alternatives to batteries in order to extend the autonomy of these sensors. Various technologies of generators have been developped to adapt to the type of local energy sources (heat, vibration, light, radio-frequencies).The present work is a contribution to the development of thermal energy harvesters exploting the thermal and mechanical properties of bimetal thermostats. This type of technology developped at STMicroelectronics are intended to be a reliable and low-cost alternative to the use of thermoelectric materials exploing Seebeck effect to generate electricity from heat. Various devices were already fabricated at the macro-scale, demonstrating their ability to power wireless sensor nodes. In the continuity of these works, this PhD thesis aims to demonstrate the operation of these generators at the sub-millimetric scale. As a consequence, an important work on the modeling of the thermo-mechanical instability of bimetallic strips was made to understand the operation of bimetallic strip heat engines. This work enabled to theoretically demonstrate the capability of bimetallic to transform heat into mechanical energy and to evaluate the performances of such heat engines. Coupling between bimetallic strip heat engines and electro-mechanical transducers was also modeled to compare the performances of the current prototypes of generators. We then modeled the thermo-mechanical behavior of composite beams at the microscale and established scaling rules of the performances of the bimetallic strip heat engines, We finally developped microlectronic fabrication process to manufacture thermo-mechanically bistable beams at the microscale.

À l’heure où les défis humains sont sans cesse repoussés et les records toujours dépassés, la quête de performance professionnelle ou sportive ne peut avoir lieu sans préserver l’intégrité mentale des individus. L’adaptation psychologique représente un enjeu majeur pour les missions spatiales, les hivernages polaires et le sport extrême et avec elle, l’adaptabilité qui représente la capacité à gérer les contraintes situationnelles. L’adaptabilité est un prédicteur de la réussite des aventures extrêmes. C’est pourquoi la recherche scientifique tente de reconnaître à la fois les réponses psychologiques induites par l’exposition volontaire à une situation extrême, et les capacités intra-individuelles clefs influençant l’adaptation. Ce travail de recherche a pour objectif d’apporter des éléments de réponse sur ces deux concepts et leurs associations, d’abord pour améliorer notre compréhension des mécanismes impliqués dans les situations extrêmes, ensuite pour proposer des protocoles d’intervention psychologique permettant l’optimisation de l’adaptation psychologique. / Today, across the quest of professional and sport performance, human are constantly challenging their mental integrity. Psychological adaptation can be considered as a major challenge and success criterion in the space missions, polar wintering and extreme sport. In addition, adaptability represents a predictive factor of the success in these extreme adventures. That’s why some research attempts to recognize and measure psychological responses before, during and after the voluntary exposition to these extreme situations and psychological abilities that impact adaptation. The current scientific contributions aims to provide elements of a response to both, adaptation and adaptability. The association of those two concepts may help us for a better understanding of psychological mechanisms implied in extreme situation. To go further, our goal is to provide psychological interventions protocols leading to optimize psychological adaptation.

Augmenter la durée de vie d'une pile, voire s'en passer est aujourd'hui devenu une obligation pour les microsystèmes. En effet, à cette échelle, le remplacement des piles et leur rejet dans l'environnement sont problématiques. La voie préconisée pour répondre à cet enjeu est d'utiliser des sources d'énergie renouvelables (solaire, thermique et mécanique). Pour cela, nous proposons de développer une plateforme de récupération d'énergie multi-sources/multi-charges (MANAGY) capable de s'adapter à son environnement pour en extraire le maximum d'énergie et répondre à des applications diverses. L'architecture est constituée de chemins directs et de chemins indirects où l'énergie provenant des sources est d'abord transférée dans une unité de stockage avant d'être réutilisée par les charges du microsystème. L'utilisation de cette nouvelle architecture permet d'optimiser le transfert d'énergie entre sources et charges et améliore le rendement du système de 33%. Avant de développer une architecture multi-sources, nous avons cherché à améliorer le rendement de la source photovoltaïque (PV) qui, au vu de l'état de l'art, a la densité de puissance la plus élevée. La recherche du rendement maximum de la source PV revient à la recherche du point de puissance maximum (MPPT). Il existe pour chaque condition d'irradiance, de température, et d'énergie extraites un couple tension-courant permettant à la source de fournir un maximum de puissance (MPP). Grâce à l'utilisation de deux chemins de puissance, nous arrivons simultanément à créer une boucle de régulation faible puissance agissant sur le rapport cyclique du système de gestion d'énergie (MPPT) et une boucle de régulation de la tension de sortie agissant sur le transfert de l'énergie. La modélisation du système nous a permis de spécifier ses performances. Pour atteindre les performances requises, des architectures innovantes ont été réalisées qui ont fait l'objet de trois brevets. De plus, des blocs ne sont activés qu'aux instants de changement d'état du système et sont conçus, quand cela a été possible, avec des transistors fonctionnant en mode faible inversion. Toutes ces optimisations permettent au système de fonctionner sur une large plage de variation de l'éclairement (de conditions intérieures supérieures à 500 lux à extérieures) avec un rendement proche de 90%. / Enhancing the life time of battery or being able to work without it is today mandatory for microsystems. Most of systems are nowadays limited by the capacity of the embedded battery. Moreover the replacement and waste of baterries is no more possible at this scale. One way to achieve longer life time is the use of renewable energy sources (solar, thermal, or kinetic). This work proposes to develop a new energy harvesting platform with numerous sources and loads (MANAGY) able to adapt itself to the surrounding environment in order to extract the maximum of energy while answering to various of applications. The architecture is composed of directs and indirects power paths where the extracted energy coming from renewable sources is firstly transferred to a storage unit before being used by loads. This novel architecture makes it possible to optimize the energy transfer between sources and loads and to achieve a 33% gain. Before developing this architecture with numerous sources, we have searched to enhance the efficiency of the photovoltaic source which has the best power density at the state of the art. Looking for improving the efficiency of the PV source is the same as tracking the maximum power point (MPPT). There is for each irradiance, temperature and quantity of energy extracted a couple of voltage and current enabling the PV source to deliver the maximum of power (MPP). Thanks to the two power paths used we are able to create a low power feedback loop adjusting the duty cycle from the power management unit (MPPT) while having a second feedback loop optimizing the power transfer and regulating the output voltage. Thanks to a high level model we have specified the system performances. To achieve the performances required we have realized novel architectures protected through three patents. Moreover, blocs are only activated when the system changes its state and furthermore there are designs, when achievable, with transistors working in weak inversion. All these optimizations make the system working for a large range of irradiance (from inside conditions higher than 500 lux to outdoor conditions) with an efficiency close to 90%.

À ce jour, la récupération de métaux précieux contenus dans les déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE) se fait par des procédés présentant un niveau de dangerosité certain du fait de l’utilisation de cyanure ou d’eau régale qui impactent l’environnement avec une toxicité notoire pour l’homme dans le cas des cyanures. C’est dans la perspective de répondre à ces enjeux environnementaux que le projet PEPITE a été construit en associant un industriel (RECUPYL®) le LEPMI avec le soutien de L’ADEME. L’objet du projet vise à récupérer les métaux précieux contenus dans les DEEE par un procédé utilisant des liquides ioniques (LIs). Les travaux ont permis de compiler une base de connaissance très utile sur les propriétés physicochimiques des liquides ioniques retenus. Nous avons également pu bâtir un schéma de traitement aussi efficace mais sans rejet de gaz toxiques ou d’effluents. Les résultats de nos travaux ont conduit à l’émergence d’une nouvelle voie de recyclage par chimie verte grâce à l’application des liquides ioniques. Enfin, cet avantage environnemental s’accompagne d’une viabilité économique en regard des procédés actuels. / To date, the recovery of precious metals contained in waste electrical and electronic equipment (WEEE) reported a significant level of danger due to the use of cyanide or aqua regia extremely harmful and dangerous to the humans and the environment. This is in view to respond to environmental and economic issues that RECUPYL® society, LEPMI laboratory and the French Environment and Energy Management Agency (ADEME) developed the PEPITE project. It aims to recover the precious metals contained in WEEE by a hydrometallurgical process using ionic liquid electrolytes (ILs). This work led us to establish a knowledge base and to make measurements on the physico-chemical properties of LIs. We were able to develop a process flow sheet without release neither toxic gases nor effluents. The research work undertaken has led to significant results and demonstrated that there is a real solution for the recovery of precious metals in ionic liquid electrolyte.

Le muscle squelettique est le réservoir principal d’acides aminés libres de l’organisme. Ainsi, l’atrophie musculaire induite par l’immobilisation peut entraîner un affaiblissement et un allongement des périodes de récupération générant des coûts de santé publique élevés. Une aggravation de l’atrophie caractérise de façon surprenante le muscle tibialis anterior (TA) après le déplâtrage, retardant la récupération. Mon objectif a été de comprendre les mécanismes à l’origine de l’aggravation de l’atrophie du TA pendant les phases précoces de récupération en étudiant i) la structure et le phénotype des muscles, ii) la composition de la matrice extracellulaire (MEC), iii) la protéolyse et l’apoptose, et iv) les processus de signalisation via les intégrines. Des rats ont été soumis à une immobilisation par plâtrage pendant 8 jours d’une des deux pattes arrière, l’autre servant de témoin, et placés en récupération pendant 10 jours. L’aggravation de l’atrophie du TA apparaît dès déplâtrage, corrélée avec i) une baisse de l’aire des fibres associée à leur déformation, ii) une redistribution des isoformes des chaines lourdes de myosines, iii) une augmentation de l’apoptose localisée dans le tissu conjonctif, iv) un épaississement de l’endomysium pendant la remobilisation, v) des adaptations au niveau des processus de remodelage des collagènes, et vi) une activation prononcée et persistante du système protéolytique ubiquitine-protéasome (UPS) et de l’apoptosome. Nous montrons également une élévation des niveaux ARNm dans le TA remobilisé vii) de la ténascine-C et de Sparc dès le déplâtrage, et viii) de marqueurs de l’autophagie à partir du moment où l’atrophie se stabilise. Enfin, nous montrons également une élévation des ARNm dans le TA immobilisé ix) des facteurs myogéniques, et x) des intégrines membranaires et de leurs partenaires pendant l’immobilisation et après le déplâtrage. En conclusion, mon travail de thèse a permis de montrer que l'aggravation de l’atrophie du TA est précoce, associée à un remodelage important de la structure et de la composition de la MEC et du phénotype des fibres musculaires, et pourrait résulter de l’augmentation persistante et prononcée de la voie UPS et de l’apoptose. Ce travail suggère que des modifications au niveau des molécules matricielles pendant la remobilisation pourraient influencer la signalisation dépendante des intégrines et la régénération musculaire. / Skeletal muscle is the main reservoir of body amino acids. Thus, muscle atrophy induced by immobilization can lead to a weakening and to a lengthening of recovery periods, leading to elevated healthcare costs. Surprisingly, a worsening of tibialis anterior (TA) muscle atrophy prevailed after cast removal and thus delayed recovery. The aim of my Ph.D was to understand mechanisms underlying the worsening of TA atrophy during early recovery by studying i) the muscle structure and phenotype, ii) the composition of the extracellular matrix (ECM), iii) proteolysis and apoptosis, and iv) the signaling pathways via integrins. Rats were subjected to hindlimb casting for 8 days of one hindllimb, the other leg served as control, and then were allowed to recover for 10 days. The worsening of TA atrophy appeared immediately after cast removal and correlated with i) a decrease in fiber crosssection area associated to fiber deformation, ii) a redistribution of myosin heavy chain isoforms, iii) an increase in apoptosis localized in the connective tissue, iv) a thickening of the endomysium during remobilization, v) some adaptations in collagen remodeling processes, and vi) a pronounced and sustained activation of the ubiquitin-proteasome proteolytic system (UPS) and of the apoptosome. We also showed an increase in the remobilized TA of mRNA levels vii) of tenascin-C and Sparc immediately after cast removal, and viii) of some autophagy markers, when atrophy stabilized. Finally, we showed an elevation of mRNA levels encoding ix) myogenic factors, and x) transmembrane integrins and their partners during TA immobilization and after cast removal. In conclusion, my Ph.D project showed that the worsening of the TA atrophy occurred early after cast removal, was associated with a significant remodeling of the structure and composition of the ECM and of the phenotype of muscle fibers, and may result from pronounced and sustained increase in the UPS and apoptosis. This work suggests that changes in the matricellular matrix molecules during remobilization could influence integrin-dependent signaling and muscle regeneration.

L'arthroplastie totale du genou (ATG) est le traitement de référence de l’ostéoarthrose sévère du genou. Cette procédure nécessite une chirurgie lourde qui induit de nombreux déficits qui persistent pendant plusieurs années. Par ailleurs, les prothèses ont une durée de vie limitée de par les contraintes chimiques et mécaniques se produisant dans l'environnement biologique. Nous avons testé en condition in vivo la biocompatibilité de quatre biomatériaux orthopédiques sous l’effet de l’application de neuro-myélectrostimulation et/ou d’une alimentation enrichie en sel. Nos résultats démontrent que ces deux éléments pourraient avoir un effet délétère pour l'ostéointégration, l'intégrité des implants et la viabilité des cellules musculaires environnantes. Une prothèse adaptée au genou du rat à été conçue afin d’étudier l’effet de l’ATG sur la récupération fonctionnelle et sur les mécanismes nerveux sous-jacents. Nos résultats démontrent que la gonarthrose n'engendre pas de déficits fonctionnels sévères. En revanche, le réflexe H est inhibé et les afférences musculaires de type III et IV sont désensibilisées. Les animaux ayant subi une ATG ont révélé des déficits fonctionnels importants qui tendait à récupérés avec le temps, mais aucune altération de la réponse des fibres afférentes III et IV n'a été observée et le réflexe H est maintenu. Ces résultats soulignent l'adaptation à la prothèse et la présence d'un phénomène de récupération et non d’une compensation. Grâce à notre approche expérimentale innovante, il est maintenant possible de tester in vivo, la biocompatibilité de nouveaux biomatériaux et/ou de nouveaux traitements qui n'ont pas encore d'application clinique. / Total knee arthroplasty (TKA) is the reference treatment for severe osteoarthritis of the knee. This procedure requires heavy surgery which induce many deficits that persist for several years. Moreover, the prostheses have a limited lifetime due to chemical and mechanical stresses occurring in the biological environment. We tested in vivo the effect of the application of neuro-myelectrostimulation and/or high-salt diet on the biocompatibility of four orthopedic biomaterials. Our results show that these two elements could have a deleterious effect on the osseointegration, the integrity of the implants and the viability of the surrounding muscle cells. A prosthesis adapted to knee rat was designed to evaluated the ATG on the functional recovery and on the underlying nervous mechanisms. Our results show that knee osteoarthritis does not cause severe functional deficits. However, H-reflex is inhibited and III and IV afferences are desensitized. Animals with TKA revealed significant functional deficits that tend to recover over time but no impairment of the response of the afferent fibers III and IV was observed and the H reflex was maintained. These results emphasize the adaptation to the prosthesis and the presence of a phenomenon of recovery and not of compensation. Thanks to our innovative experimental approach, it is now possible to test in vivo the biocompatibility of new biomaterials and / or new treatments that have not yet been applied clinically.

Issus de l'industrie de la microélectronique, les MEMS envahissent progressivement le marché avec des applications dans de nombreux domaines tels que l'aérospatiale, la médecine, l'industrie ou encore le grand public. Une des vocations de ces microstructures est de permettre le déploiement de réseaux de capteurs autonomes. Grâce à la miniaturisation, les systèmes deviennent de moins en moins consommateurs d'énergie et ceci permet de concevoir de nouvelles sources d'énergie basées sur la récupération de l'énergie ambiante (soleil, gradients de température,…). Il est par exemple possible de récupérer l'énergie des vibrations ambiantes à l'aide de systèmes piézoélectriques, électromagnétiques ou encore électrostatiques. Dans ce travail de thèse, nous nous concentrons sur l'étude de structures électrostatiques utilisant les électrets (diélectriques chargés électriquement). / Developed from the microelectronics industry, MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) gradually invade the market with applications in many fields such as aerospace, medicine, industry or the general public. One of the purposes of these microstructures is to allow the deployment of autonomous sensor networks, that is to say a set of structures that can collect information from their environment, process, transmit and interact between them, without any human intervention. How to power these autonomous Microsystems? Use batteries… Unfortunately, the major flaw of batteries is their lifetimes, since it will be necessary to replace or to refill them after some months or some years. Actually, thanks to miniaturization, microsystems consume less and less energy, giving them the opportunity to harvest energy from their surrounding environment (sunlight, temperature gradients…). It is also possible to harvest energy directly from ambient vibration using piezoelectric, electromagnetic or electrostatic devices. In this mid-thesis work, we focus on the study of electrostatic structures using electret (electrically charged dielectrics). From the study of electrets to the fabrication and the optimization of electrostatic energy harvesters, we expose in this report, the results we obtained during this thesis.

Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés principalement à la récupération de l'énergie mécanique et plus particulièrement l'énergie vibratoire. Cette technologie repose sur l'utilisation des transducteurs résonants, ces dispositifs permettent d'amplifier l'amplitude de vibration et donc de stocker d'avantage d'énergie mécanique dans le convertisseur à la résonance. La quantité de l'énergie en sortie du convertisseur chute lorsque la fréquence de vibration n'est plus égale à la fréquence de résonance, il est donc nécessaire d'assurer un asservissement de la fréquence de résonance de la structure de récupération d'énergie vibratoire sur la fréquence de vibration, si possible sur tout le spectre fréquentiel que couvre la source de vibration. L'objectif de la thèse est de proposer des solutions, à basse consommation, permettant d'assurer un ajustement dynamique en temps réel de la fréquence de résonance en fonction de la fréquence de vibration. Les travaux de cette thèse s'articulent autour de trois solutions : 1) Ajustement de la fréquence de résonance par application d'un champ électrique dans un matériau piézoélectrique 2) Ajustement de la fréquence de résonance par adaptation de la charge électrique d'un matériau piézoélectrique 3) Amplification du mouvement vibratoire par technique de rebond Une modélisation et optimisation à la fois de la plage de fréquence de fonctionnement et de la conversion mécano-électrique ont été réalisées. Trois structures ont été développées et testées et permettent de valider chacune des trois approches. Enfin, une électronique très basse consommation a été mise au point pour asservir en temps réel la fréquence de résonance sur la fréquence de la source de vibration et optimiser le taux d'énergie électrique extraite du système (pour maintenir un facteur de qualité de la structure optimum). / The work of this thesis is focused on the mechanical energy harvesting. This technology is generally based on the use of resonant transducers. Such systems work efficiently when their resonant frequency is equal to the vibration one. Otherwise, the output power from the harvester drops dramatically. Hence, it's necessary to ensure a continuous control of the resonant frequency of the harvester in order to avoid a possible shift between the resonant frequency and the vibration one, and doing this over the frequency spectrum covered by the vibration source. The main goal of this thesis is to develop new efficient solutions able to control in real time and tune the resonant frequency, these solutions should be low power consumption. During this thesis, three solutions have been developed: 1) adjustement of the resonant frequency by applying an electric field on the piezoelectric material; 2) adjustement of the resonant by adapting the electrical load; 3) the amplification of the structure relative displacement using a rebound technique. Modelling and optimization of both the frequency adjustment techniques and the mechanical-to-electrical conversion were performed. Three structures have been developed, tested and used to validate the three approaches. Finally, a very low power consumption electronic has been developed for a real time control of the resonant frequency, by regarding the vibration frequency, and also to optimize the extracted electrical energy from the harvester by maintaining an optimum quality factor.