Quand la passion pour la recherche mène à l'innovation
En deuxième année de thèse à l'Université Savoie Mont Blanc (USMB), Rémi Recoquillé effectue ses recherches au CEA-Leti, où il a commencé par un stage de fin d'études. Avant cela, il a réalisé un premier stage en recherche à l'École Technologique Supérieure de Montréal (Canada). Passionné par la recherche, il choisit naturellement de continuer dans cette voie après cinq années d'études à l'Université de Technologie de Compiègne, où il a suivi une formation généraliste en mécanique, avec une ouverture vers la mécatronique.
C'est la dimension académique du Leti, combinée à sa renommée dans le domaine de la recherche appliquée, qui l'a convaincu d'y poursuivre sa thèse :
« Je cherchais un environnement de recherche proche du monde académique, ce qui faisait du CEA-Leti un très bon choix. »
Le papier que Rémi a présenté aux JRNSE, intitulé « Frequency-up Electrodynamic Receiver for Extremely-Low Frequency Wireless Power Transfer for Implanted Devices », s'inscrit à la croisée de la mécanique et de l'électronique. Fruit d'une collaboration entre le CEA-Leti et l'USMB, l'objectif est de développer une nouvelle manière d'alimenter un appareil sans fil. A l'image des stations de chargement de téléphones sans fil largement répandues, il utiliserait une plage de fréquences différente, appliquée à l'alimentation de prothèses médicales instrumentées.
Explorer la transmission d'énergie sans fil à basse fréquence
Actuellement, la majorité des systèmes de transmission de puissance sans fil fonctionnent à haute fréquence, typiquement de la centaine de kHz jusqu'aux GHz. Cependant, ces ondes ne traversent pas les milieux conducteurs comme le métal ou l'eau salée, qui font écran et bloquent la transmission. Rémi explore alors l'usage des très basses fréquences, de l'ordre du Hz, capables de passer à travers le métal tout en délivrant une puissance suffisante pour alimenter des nœuds de capteurs autonomes.
« La puissance sur laquelle je travaille, jusqu'à la dizaine de milliwatts, est largement suffisante pour tout faire fonctionner à l'échelle de petits nœuds de capteurs », explique-t-il.
Sur le plan technique, le système développé repose sur une bobine émettrice et un aimant mis en mouvement à distance, au niveau du récepteur, comparable au fonctionnement d'un moteur. Rémi s'est particulièrement concentré sur la conception du récepteur, qui constitue le cœur de son prototype. Le dispositif intègre donc un aimant mobile dont le mouvement génère les variations de champ nécessaires à la transmission d'énergie. On parle de transmission de puissance sans fil électrodynamique. Il a notamment étudié différents modes de fonctionnement : en faisant osciller l'aimant ou en le faisant tourner par exemple.
Son innovation principale repose sur un mode hybride, combinant deux mouvements de l'aimant : un basculement de l'aimant puis des oscillations autour d'une position d'équilibre. Cette approche profite du principe de « frequency up » pour lequel l'aimant récepteur oscille à une fréquence plus grande que celle de l'émetteur. Ceci permet de générer assez de tension malgré la très faible fréquence de l'émetteur, garantissant ainsi une bonne densité de puissance et une transmission d'énergie efficace.
Du prototype expérimental aux premières applications
Lors de la conférence aux JRNSE, Rémi a présenté un prototype fonctionnel illustrant cette approche. Il y démontre la faisabilité d'un système de transmission à très basse fréquence capable de traverser le métal tout en respectant les normes d'exposition aux champs magnétiques, un résultat prometteur pour de nombreuses applications industrielles et biomédicales.
Dans le cadre de ses expérimentations, il s'est concentré sur les applications biomédicales, en testant son système à l'intérieur des prothèses métalliques instrumentées. Des essais ont été réalisés en conditions réelles sur un genou de spécimen cadavérique au CHU de Brest, dans le cadre du projet PiezoKnee financé par l'ANR. C'est la première fois qu'un système de transmission de puissance électrodynamique a été implémenté et testé dans un dispositif médical sur un tel spécimen.
Les résultats présentés ouvrent des perspectives intéressantes pour l'alimentation sans fil de dispositifs médicaux implantés : plus la fréquence est basse, plus les recommandations concernant les limites d'exposition humaine aux champ magnétiques sont permissives.