Modélisation et optimisation d'un microgénérateur thermoélectrique planaire

Abstract

Dans le domaine des microtechnologies, la récupération d'énergie (Energy Harvesting) est une thématique de recherche d’actualité qui vise à utiliser l'énergie présente dans l'environnement pour alimenter de petits systèmes électroniques tels que des capteurs, des microsystèmes ou même des dispositifs médicaux implantés. Certaines microsources permettent de délivrer des puissances de plusieurs milliwatts nécessaires, notamment, par exemple, pour les nombreuses nouvelles applications utilisant les objets connectés (IoT). Les résultats présentés dans cette étude sont essentiellement focalisés sur le développement de microgénérateurs thermoélectriques (μTEGs) planaires réalisés en technologie silicium compatible CMOS, faible coût et « éco-friendly ». Ceux-ci présentent l’avantage d’avoir des résistances thermiques adaptables et sont destinés à la récupération de toute forme d’énergie thermique qu’ils convertissent directement en électricité à l’aide d’une thermopile planaire (basé sur l’effet Seebeck). Les performances de ces μTEGs dépendent, d’une part, du choix des matériaux thermoélectriques utilisés, qui résulte sur un compromis entre un coefficient Seebeck élevé, une faible résistivité électrique et une faible conductivité thermique. Mais aussi, d’autre part, sur la modélisation thermique de la structure d'ensemble (réalisée dans notre cas sous COMSOL 3D®) qui permet d'optimiser les paramètres géométriques structurels du μTEG afin d’obtenir le maximum de puissance de sortie, ainsi que la réduction des pertes thermiques latérales du microthermogénérateur.