L’Internet-of-Things désigne un développement en plein essor d’objets interconnectés et qui sont susceptibles de modifier nombre de services au sein de l’industrie comme pour la personne. Les développements actuels buttent sur plusieurs verrous dont celui de l’autonomie énergétique des objets ou encore des procédés de fabrication économiquement acceptables et respectueux de la planète. Dans ce contexte, la récupération d'énergie est une thématique largement répandue faisant appel à des sources très variées (mécanique, thermique, électromagnétique...). Cette thèse est notamment orientée vers la récupération d'énergie électromagnétique ambiante. Le second point caractéristique de cette thèse est de s'intéresser à des substrats souples et si possible recyclables. Le défi consiste à récupérer l’énergie provenant d’un champ électromagnétique ambiant extrêmement faible : ceci concerne l’antenne, qui doit par ailleurs répondre à une exigence de flexibilité pour son intégration future à un objet souple et déformable, et l’électronique de traitement de l’énergie.Le travail de thèse est articulé autour de trois phases principales :Dans la première phase, il s’agissait de l’étude des structures d’antennes compatibles en fréquence et en puissance reçue avec l’application de récupération d’énergie et une réalisation physique sur base souple (papier, tissu...). Cette phase a permis de présenter les différentes approches pour combiner les sources RF.Dans la deuxième phase, il s’agit de l’étude sur le rôle de circuits redresseurs dans le système de récupérer d’énergie. Les méthodes d'extraction des paramètres sont discutées en dissociant chaque élément et leurs rôles. De nombreuses mesures ont été réalisées afin de comparer différents modèles de la diode utilisée pour le redressement, en tenant compte également de l'impact réel du processus de fabrication et du processus de mesure.Une troisième phase permet l’optimisation de l’ensemble antenne et électronique (rectenna) pour divers scenarii et le suivi de la variabilité pour maintenir les pertes du système a minima. La réalisation de démonstrateurs pertinents, testés et caractérisés est présentée. / Internet-of-Things means a growing development of interconnected objects that are likely to change many services within the industry as well as for the individual. Several barriers, including the energy autonomy of objects or production processes that are economically acceptable and respectful of the planet, hamper current developments. In this context, energy recovery is a widespread theme using a wide range of sources (mechanical, thermal, electromagnetic, etc.). This thesis is oriented towards the recovery of ambient electromagnetic energy. The second characteristic point of this thesis is to focus on flexible and, if possible, recyclable substrates. The challenge is to recover energy from an extremely low ambient electromagnetic field: this concerns the antenna, which must also meet a requirement for flexibility for its future integration with a flexible and deformable object, and the electronics of energy processing.The work of this thesis conducted in three phases.In the first phase, it was the study of the antenna structures compatible with frequency and power received with the energy harvesting application and a physical realization on flexible base (paper, textile, etc.). This phase allowed presenting the different approaches to combining the RF sources.In the second phase, the study on the role of rectifying circuit in the system of recovering wireless energy was presented. Methods for extracting parameters were discussed by separating each element and its roles. Numerous measurements have been conducted to compare different models of the diode, taking into account also the actual impact of the manufacturing process and the measurement process.A third phase allows the optimization of the antenna and electronic assembly (rectenna) for various scenarios and the monitoring of variability to keep the losses of the system at minima. The production of relevant demonstrators, test and characterization were presented.

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.

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.