Un doctorant se penche sur l'autonomie énergétique des dispositifs de communications sans fil

Rouyn-Noranda, le 30 juin 2021 – Le nombre d'objets connectés qui nécessitent l'usage de capteurs sans fil est en constante croissance vue leur large spectre d'utilisation. Actuellement, l'application principale des capteurs sans fil est l'Internet des objets, un vaste réseau dans lequel chaque objet a un identifiant unique (un capteur sans fil) et plusieurs objets peuvent transférer des données sans interaction homme à homme ou homme à machine.

Dans le cas particulier du secteur industriel, l'Internet des objets vise à rendre les systèmes de contrôle et de maintenance de la plupart des processus industriels autonomes et intelligents; c'est la quatrième révolution industrielle, connue sous le nom d'industrie 4.0. Pour atteindre cet objectif, les capteurs sans fil, qui sont des dispositifs miniatures capables d'enregistrer les variations de diverses données environnementales (température, humidité, pression, etc.) tout en étant flexibles dans leur déploiement, sont considérés. Malgré cette flexibilité, la durée de fonctionnement d'un capteur sans fil est limitée par la quantité d'énergie de sa batterie. Ainsi, les opérations de recharge ou de remplacement des batteries des capteurs peuvent être coûteuses, surtout lorsqu'ils sont déployés dans des environnements difficilement accessibles. De plus, cela nécessite une cessation de la production. Afin de surmonter cette limite, la récolte de l'énergie ambiante est un champ d'expertise en forte expansion au cours des dernières années. Il s'agit d'un processus qui consiste à cibler des sources d'énergie primaire différentes (soleil, vent, ondes radiofréquences et vibrations) pour la recharge automatique de la batterie des capteurs.

Dans la plupart des processus industriels, dépendamment de leur régime de fonctionnement, les moteurs génèrent des quantités de vibrations plus importantes. L'utilisation de ces vibrations constitue une solution intéressante pour l'alimentation énergétique des capteurs sans fil industriels en raison de leur abondance. Toutefois, la quantité d'énergie pouvant être récupérée de ces vibrations présente de nombreuses fluctuations dues aux différents modes de fonctionnement des moteurs, qui peuvent fonctionner en surcharge, en pleine charge, voire sans charge. La majorité des conceptions n'intègrent pas cette fluctuation dans la définition des spécifications du capteur sans fil autonome.

Le doctorant en ingénierie à l'École de génie de l'Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (UQAT), Alex Mouapi, a consacré son projet de recherche à l'autonomie énergétique des dispositifs de communications sans fil. Sa soutenance de thèse s'est déroulée par vidéoconférence le 23 juin dernier. Sa thèse propose une méthode de conception pour assurer l'autonomie énergétique du nœud tout en maximisant sa qualité de service.

Au cœur de l'étude, il était question de la mise en œuvre d'un système de prédiction de la quantité d'énergie vibratoire récoltable pour supprimer ou réduire le nombre de capteurs sans fil ou d'objets connectés se retrouvant dans une situation d'essoufflement ou de manque d'énergie nécessaire à leur fonctionnement. Ce système de prédiction a permis une amélioration de performance atteignant 90 % par rapport au système conventionnel.

Intitulée « Prédiction et gestion de l'énergie dans un réseau de capteurs sans fil récolteurs d'énergie vibratoire pour les applications industrielles de l'Internet des objets », la thèse d'Alex Mouapi a été réalisée sous la direction de Nadir Hakem et sous la codirection de Nahi Kandil, professeurs à l'École de génie à l'UQAT.