les focus techniques de l’ingénieur Novembre / 2013 7 réponses aux défis scient

les focus techniques de l’ingénieur Novembre / 2013 7 réponses aux défis scientifiques du 21ème siècle, Des robots pour guider les bancs de poissons, des micro-algues et des gouttes de pluie sources d’énergie perpétuelle, les secrets de la Joconde percés par microspectrométrie... Techniques de l’Ingénieur lève le voile sur ces incroyables challenges ! soMMAIRE édito 3 La course à l’énergie perpétuelle 5 Récupération de l’énergie des gouttes de pluie 5  Une alimentation perpétuelle à partir de la récupération d’énergie thermique 19 La récupération d’énergie au freinage fait ses preuves 21 Comment préserver les océans ? 22 Robot anguille sous-marin en 3D 23  Un poisson robot capable de guider les bancs de poissons 39 Des poissons robots pour détecter les pollutions marines 40 Souriez, vous êtes authentifiés ! 41 Authentification des bouteilles de vin 42  Technologies d’identification et d’authentification pour un système de traçabilité 50 Authentification biométrique : visage, voix et paroles vérifiés simultanément 51 Les alchimistes de l’énergie 52 Valorisation industrielle des micros algue 53 Entre les déchets et l’électricité, une torche à plasma 65 Lutte contre la pollution des eaux - Valorisation énergétique des boues 67 Un nano pour nous sauver tous 68 Nanotechnologies pour la thérapeutique et le diagnostic 69 Nanotechnologies et médecine : une révolution annoncée 91 La science au service de l’art 94 Analyse non destructive des objets d’arte 95 Quand les robots se mettent à la peinture » 116 La fin de l’année 2013 approche petit à petit avec son lot de « bilans », de « best of » et autres « bêtisiers ». Les Editions Techniques de l’Ingénieur sont elles aussi en pleine rétrospective, puisque la rédaction de la Veille Actualités planche sur sa newsletter de décembre qui compilera les meil- leurs articles de l’année en cours ! Aujourd’hui, nous sommes heureux de vous présenter le livre blanc « 7 réponses aux défis scientifiques du 21ème siècle », un best of qui regroupe des articles des bases documen- taires et de la Veille Actualités sur le thème « recherche et innovation ». Récupération de l’énergie des gouttes de pluie, robot-anguille, valorisation industrielle des micros-algues, nanotechnologies… La rédac- tion a choisi de vous présenter des innova- tions spectaculaires - ceux qui ont déjà vu le robot-anguille en démonstration ne diront pas le contraire ! - qui répondent également aux grands défis scientifiques de ce siècle. Et ils sont nombreux. L’énergie, d’abord et tou- jours. Tout le monde en convient, le futur de l’énergie réside dans une production infinie et neutre pour l’environnement. C’est possible Édito Plus de contenu, d’actualités et d’informations sur www.techniques-ingenieur.fr mais complexe. La récupération de l’énergie des gouttes de pluie va dans ce sens. La pollution de la planète est également un en- jeu considérable de ce siècle, notamment au niveau marin. La mise au point de robots capables de détecter toute pollution marine et de guider les bancs de poissons pour les protéger est une innovation incroyable qui montre aussi que la robotique offre des perspectives inouïes aux chercheurs. Autres enjeux moins « spectaculaires » mais tout aussi importants, l’identification et l’authen- tification : Que ce soit pour découvrir les secrets des peintures des plus grands maîtres - le sfu- mato de Léonard de Vinci n’aura plus de secret pour vous - ou pour authentifier des bouteilles de vin, le contrôle non destructif ou la biomé- trie offrent des perspectives inimaginables il y a encore peu de temps. Enfin, pour terminer en beauté, place aux na- notechnologies. S’il y a bien une révolution couronnée de succès ces dernières années, c’est bien celle liée aux propriétés extraordi- naires - au sens propre - des nanomatériaux. Ces derniers trouvent des usages dans tous les secteurs de l’industrie et donc de la recherche et notamment, c’est ce qui nous intéresse ici, en médecine. Nous espérons que vous prendrez autant de plaisir à découvrir ces innovations que nous en avons eu à compiler les articles qui composent ce livre blanc, et qui montrent que même dans des temps incertains, la recherche et par-delà l’innovation n’ont pas d’autres limites que celles de notre imagination ! La course à l’énergie perpétuelle 7 réponses aux défis scientifiques du 21ème siècle 5 Et si on récupérait l’énergie au lieu d’éternellement la créer ? Les gouttes de pluie, le freinage, la chaleur, la lumière, les vibrations… Ces sources d’énergie sont aussi étonnantes qu’inépuisables ! INNOVATION © Editions T.I. 4-2009 IN100 - 1 Récupération de l’énergie des gouttes de pluie pour l’alimentation de microsystèmes autonomes par Romain GUIGON, Jean-Jacques CHAILLOUT, Ghislain DESPESSE et Thomas JAGER Le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) a mis au point un système récupérant une énergie encore inexploitée illustrée par la pluie mais plus généralement transmise dans les chocs. 1. Contexte La récupération d’énergie est un domaine d’acti- vité récent, mais aussi une thématique d’impor- tance croissante, voire cruciale lorsque l’on parle d’objets communicants et de microsystèmes auto- nomes. En effet, alors que ces objets se répandent de plus en plus autour de nous, leur autonomie énergétique est aujourd’hui limitée par la durée de vie de leur pile ou de leur batterie. Pour l’accroître, il faut alors penser soit à remplacer ou à recharger régulièrement ces dernières, ce qui peut se révéler à la fois coûteux et contraignant, soit surdimension- ner initialement la source d’énergie de ces micro- systèmes, qui de micro n’ont au final plus que le nom et qui par ailleurs contiennent une source de pollution. Pour réconcilier les termes « microsystème » et « autonome », il est alors nécessaire de trouver des sources d’énergie alternatives au simple stockage d’énergie chimique. C’est à ce niveau qu’intervient la récupération d’énergie : son but est de pouvoir fournir au système l’énergie dont il a besoin directe- ment à partir de l’énergie disponible dans son proche environnement. 1.1 Récupération d’énergie Grâce aux progrès continus réalisés dans la dimi- nution des besoins énergétiques des dispositifs électriques, les microsystèmes individuels peuvent être alimentés à partir de très faibles sources d’énergie, dans une gamme de puissance allant du nanowatt au milliwatt. Ce faible niveau de puis- sance requis permet d’envisager la récupération opportuniste de l’énergie nécessaire à leur fonction- nement dans leur environnement. Diverses sources naturelles doivent alors être considérées, telles que : – l’énergie solaire ; – les vibrations mécaniques ; – les variations et les écarts de température ; – ou encore l’énergie dissipée par l’homme. À chaque source considérée, de nombreux prin- cipes physiques permettent de récupérer l’énergie. Évidemment, il n’existe pas de solution unique capable de s’adapter à tous les environnements, mais autant de solutions que d’environnements dif- férents. Romain GUIGON, Jean-Jacques CHAILLOUT, Ghislain DESPESSE et Thomas JAGER, ingé- nieurs de recherche au CEA, s’intéressent notam- ment à l’alimentation en énergie naturelle de microsystèmes de mesure communicants sans fils et très basse consommation. Ils se consacrent par- ticulièrement à la récupération de l’énergie méca- nique sous toutes ses formes, dont celle de l’énergie des chocs mécaniques. On se réfèrera aux notations données avec leur unité SI dans le tableau 1 . Exemple : on peut récupérer l’énergie solaire à partir de simples cellules thermiques, ou bien à travers des cellules photovoltaïques. Parmi les énergies environnementales encore inexploitées, une a retenu notre attention : la pluie . Nous avons alors conçu un système per- mettant de convertir l’énergie mécanique des gouttes de pluie en énergie électrique, grâce au principe de la piézoélectricité . 1 Lundi, 11. mai 2009 10:45 10 Ce document a été délivré pour le compte de 7200034092 - // pierre THOUVEREZ // 217.109.84.129 Plus de contenu, d’actualités et d’informations sur www.techniques-ingenieur.fr les focus techniques de l’ingénieur INNOVATION 4-2009 IN100 - 2 © Editions T.I. Tableau 1 – Notations Données géométriques Données électriques Données mécaniques D max (m) diamètre d’étalement d’une goutte h (m) hauteur de chute a (m) distance entre l’origine de la lamelle piézoélectrique et le début de l’électrode b (m) distance entre l’origine de la lamelle piézoélectrique et la fin de l’électrode v (m 3 ) volume H (m) épaisseur du piézoélectrique W (m) largeur du piézoélectrique L (m) longueur du piézoélectrique R goutte (m) rayon d’une goutte d’eau R capillaire (m) rayon du capillaire référentiel galiléen k 2 (–) coefficient de couplage U elec (J) énergie électrique V elec (V) tension électrique C (F) capacité Q (C) charge d’un condensateur E (V/m) champ électrique d 31 et d 33 (C/N) coefficient piézoélectrique de charge (= 15 pC/N ici) (F/m) permittivité du matériau piézoélectrique V choc (m/s) vitesse de choc d’une goutte d’eau V ′ (m/s) vitesse d’une goutte d’eau après le choc ε (–) coefficient de restitution m PVDF (kg) masse du piézoélectrique en PVDF m goutte (kg) masse de la goutte d’eau U deformation (J) énergie de déformation Y PVDF (N/m 2 ) module d’Young du PVDF (= 3 200 N/m 2 ici) ∆ σ moy (N/m 2 ) variation de la contrainte moyenne sur une section donnée lors d’un impact ∆ ε moy (–) variation de la déformation moyenne sur une section donnée lors d’un uploads/Science et Technologie/livre-blanc-tech-d-x27-ing.pdf

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