Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2016-2017 / L'alimentation électrique d'un appareil électronique sans fil est souvent effectuée via une pile électrique. Une solution alternative pour produire une alimentation en continue est de récupérer l'énergie provenant des vibrations d'une structure mécanique. Il a déjà été démontré que le récupérateur d'énergie vibratoire classique est efficace uniquement lorsque la source d'excitation vibratoire a un contenu fréquentiel à bande étroite. Les sources vibratoires étant souvent composées d'un large spectre fréquentiel, le récupérateur classique est alors peu performant. L'objectif principal de cette thèse est donc de proposer et d'évaluer une architecture de récupération d'énergie permettant de récupérer efficacement de l'énergie provenant d'une source vibratoire dont le contenu fréquentiel est déterministe ou aléatoire. Une revue de documentation scientifique permet d'abord de classifier et de hiérarchiser les différentes stratégies qui ont déjà été proposées pour récupérer de l'énergie à partir des sources vibratoires les plus courantes. Basée sur cette revue, une architecture composée de plusieurs récupérateurs piézoélectriques couplés via des impédances électriques est ensuite proposée. Afin de prédire la densité de puissance adimensionnelle de cette architecture, un modèle électromécanique de celle-ci est développé puis validé expérimentalement avec un prototype composé de deux récupérateurs. Ce modèle est ensuite introduit dans une procédure d'optimisation qui maximise un critère de performances basé sur le type de source vibratoire d'excitation, soit une source stationnaire ou non-stationnaire. Les résultats d'optimisation sont par la suite analysés sous forme d'études paramétriques. Pour différentes sources vibratoires, ces études établissent l'influence de chacun des paramètres composant l'architecture sur ses performances tout en développant un outil de conception de l'architecture proposée. La première partie de ces études considère le cas où l'architecture est excitée par une source vibratoire harmonique tandis que la seconde partie le fait pour une source aléatoire stationnaire et non-stationnaire. Finalement, des cas d'application sont présentés pour démontrer comment utiliser l'outil de conception. Bien que les résultats obtenus dans ces cas ne soient pas généraux, il y est démontré que l'utilisation de l'architecture proposée permet d'augmenter la densité de puissance ou de l'uniformiser sur un plus large spectre fréquentiel : comparativement au récupérateur classique, une architecture de deux récupérateurs permet un gain de performances de 51% pour une source vibratoire harmonique, de 184% pour une source de type passe-bas et de 212% pour une source non-stationnaire. / The power supply of a wireless electronic device is often conducted via an electric battery. An alternative solution to produce a continuous supply is to harvest energy from the vibrations of a mechanical structure. It has already been shown that the classical vibration energy harvester is effective only when the vibration excitation source has a narrowband frequential content. Vibration sources are often composed of a broad frequency spectrum so the classic energy harvester is inefficient. The main objective of this thesis is to propose and evaluate an energy harvester architecture that would lead to efficient energy harvesting from a vibration source of any frequential content. A review of the scientific literature allows to classify and prioritize the different strategies that have previously been proposed to harvest energy from the most common vibration sources. Based on this review, a harvester architecture composed of several piezoelectric harvesters coupled via electric impedances is then proposed. To predict the dimensionless power density of this architecture, its electromechanical model is developed and experimentally validated with a two-harvester prototype. This model is then introduced into an optimization procedure that maximizes a performance criterion based on the type of vibration excitation source, which is either stationary or non-stationary. The optimization results are then analyzed as parametric studies. For various vibration sources, these analyses establish the influence of every architectural parameter on its performance while developing a design tool for the proposed architecture. The first part of these studies considers the case where the architecture is excited by a harmonic vibration source, while the second part deals with stationary and non-stationary random sources. Finally, case studies are presented to demonstrate how to use the design tool. Although the results obtained in these cases are not general, it is shown that the use of the proposed architecture increases the power density or uniformizes it on a broader frequency spectrum. Indeed, when compared to the conventional harvester, a two-harvester architecture enables a performance gain of 51% for a harmonic vibration source, 184% for a low-pass source and 212% for a non-stationary source.

Cette thèse présente une étude expérimentale et numérique d'essais de chute libre et de vibrations aléatoires d'emballages en carton ondulé contenant différents calages en mousse. Un modèle d'homogénéisation efficace pour le carton ondulé a été développé. Dans ce modèle homogénéisé, le carton ondulé est représenté par une plaque 2D. Au lieu d'utiliser une loi de comportement locale (reliant les déformations aux contraintes) à chaque point d'intégration, l'homogénéisation conduit aux rigidités globales (reliant les déformations généralisées aux forces résultantes) pour la plaque équivalente homogène. Ce modèle a été implémenté dans le logiciel Abaqus. Le comportement de la mousse a été déterminé expérimentalement et modélisé avec un modèle de mousse déformable d'Abaqus. Les emballages sont soumis à des tests de chute libre d'une hauteur donnée sur un sol rigide et des essais de vibrations aléatoires type bruit blanc sur table vibrante. Les résultats numériques obtenus en utilisant la simulation avec le modèle homogénéisé concordent bien avec les résultats expérimentaux. Nous avons également montré que la contribution de la caisse en carton ondulé à la réponse au choc et à la vibration aléatoire ne pouvait pas être négligée dans la conception des calages. / This thesis presents experimental and numerical studies of drop tests random vibrations of corrugated cardboard packaging containing different foam cushions. An efficient homogenization model for the corrugated cardboard has been developed. In this homogenized model, the corrugated cardboard is represented by a 2D plate. Instead of using a local constitutive law (relating the strains to the stresses) at each material point, the homogenization leads to global rigidities (relating the generalized strains to the resultant forces) for the equivalent homogeneous plate. This model was implemented into the FE software Abaqus. The foam behaviour was experimentally determined and modelled using a crushable foam model of Abaqus. The packages are tested in free fall from a given height on a rigid floor and submitted to white noise random vibrations. The numerical results obtained using the FE simulation with the homogenized model agree well with the experimental results. We have also shown that the contribution of the corrugated cardboard box to the shock and random vibration responses could not be neglected in the design of cushioning package.