Plus d’autonomie pour les objets connectés miniatures

Des développements prometteurs détaillés dans un article co-écrit par un chercheur de l’université.

Au cours de la dernière décennie, les objets connectés ont pris une place importante dans notre vie quotidienne pour diverses applications (loisirs, surveillance, mesures de constantes vitales en santé…) − c’est le domaine de l’Internet des objets (IoT). Dès lors que ces objets sont mobiles (montres, drones…), leur autonomie est en général rapidement limitée. Parvenir à les alimenter suffisamment en énergie est aujourd’hui un enjeu majeur pour la recherche. C’est également le cas d’objets communicants encore plus petits, dont la taille est proche de celle d’un grain de riz. Ces objets miniatures pourraient être utilisés pour la délivrance locale de médicaments dans le corps humain, le contrôle de zone polluée non accessible ou la surveillance médicale de patients.

Dans un article du journal Energy & Environmental Science, un enseignant-chercheur de l’université (voir encadré) et deux collègues nantais dressent une revue détaillée des enjeux de l’autonomie énergétique pour l’Internet des objets miniatures. Pour assurer cette autonomie, deux dispositifs de stockage électrochimique de l’énergie, complémentaires, sont l’objet d’intenses recherches entre les différents laboratoires impliqués. Le premier est chargé de fournir de l’énergie en continu à l’objet. Il est basé sur des batteries miniaturisées à ions lithium.

Le second, sur lequel porte plus particulièrement l’article, est fabriqué afin de répondre à des pics de courant intenses. Il s’agit de supercondensateurs très rapides, de taille millimétrique : les micro-supercondensateurs. Difficile, sur d’aussi petites dimensions, de stocker une grande quantité d’énergie. L’augmenter significativement est l’objet des recherches actuelles. Or la nature offre des pistes pour améliorer ces performances. Par exemple, pour maximiser la surface d’échange de l’oxygène avec le sang, nos poumons abritent des centaines de millions d’alvéoles, au sein d’une structure 3D rappelant celle d’un arbre. De la même manière, dans les micro-supercondensateurs, l’usage de la troisième dimension permet d’accroitre la surface d’interaction entre leurs deux principaux composants (les matériaux d’électrode et les ions de l’électrolyte) sans modifier la taille de l’objet. En mimant ces structurations biologiques, les micro-supercondensateurs 3D voient donc leurs performances s’améliorer significativement, parvenant à stocker une quantité d’énergie jamais atteinte par leurs prédécesseurs en 2D.

LES AUTEURS

Christophe Lethien est enseignant à l’Université de Lille, à la faculté des sciences et technologies, et chercheur à l’Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologies (IEMN). L’article est publié en collaboration avec Jean Le Bideau et Thierry Brousse, professeurs à l’Université de Nantes et chercheurs à l’Institut des Matériaux de Nantes (IMN). Les trois chercheurs sont membres du réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie (RS2E).

La publication scientifique

Challenges and prospects of 3D micro-supercapacitors for powering the internet of things, Christophe Lethien, Jean Le Bideau etThierry Brousse, Energy Environ. Sci., 2018. Dans cet article de revue, les auteurs discutent largement des technologies et des topologies permettant la fabrication de ces micro-supercondensateurs, tout comme des verrous technologiques freinant à l’heure actuelle le transfert industriel de ces technologies.