BIoThing : Capteurs sans fils à très faible empreinte énergétique pour un monitoring haute résolution de l'environnement // BIoThing: Wireless sensors with an ultra-low energy footprint for high-resolution environmental monitoring

Nous nous proposons ici de repenser le paradigme imposé par la technologie RFID tout en essayant de conserver le meilleur. Dans ce cadre, les systèmes de communication par rétro-modulation (backscatter) apparaissent comme une solution particulièrement prometteuse [1,2]. Inspirés du principe des technologies RFID, ces dispositifs permettent de transmettre de l'information en modifiant l'impédance d'une antenne, sans générer eux-mêmes de signal RF actif. Cette approche permet de réduire drastiquement la consommation énergétique et ouvre la voie à des capteurs sans fil autonomes.

Afin d'assurer un fonctionnement continu sans recours à une batterie, l'utilisation de dispositifs de récupération d'énergie constitue une solution incontournable. Parmi les différentes options envisagées, les cellules solaires apparaissent particulièrement adaptées, notamment en environnement indoor où l'éclairage artificiel est omniprésent. Elles permettent d'alimenter en continu des systèmes à très faible consommation [5] et constituent ainsi un levier majeur pour le développement de capteurs durables.

Par ailleurs, la montée en fréquence vers les bandes millimétriques [8,9]., en particulier autour de 26 GHz, offre de nouvelles perspectives. A ces fréquences, la longueur d'onde réduite permet une forte miniaturisation des dispositifs et la conception d'antennes à forte directivité. Cette propriété est particulièrement intéressante pour améliorer l'efficacité des liaisons radio dans des systèmes de communication par rétro-modulation [3,4].

Cependant, l'utilisation de la bande millimétrique impose le recours à des antennes directives, souvent sous forme de réseaux d'antennes reconfigurables. Ces réseaux permettent de contrôler dynamiquement la direction du faisceau rayonné, afin d'optimiser la liaison radio en fonction de l'environnement et des contraintes de propagation.

Dans ce contexte, le principal verrou scientifique réside dans la co-intégration des fonctions de récupération d'énergie et de communication radio. En effet, l'association d'un panneau solaire avec une antenne, en particulier en bande millimétrique, soulève des problématiques électromagnétiques complexes. La présence du panneau peut perturber le rayonnement de l'antenne, modifier son adaptation d'impédance et dégrader ses performances en termes de directivité et d'efficacité.

Pour cela, nous allons nous focaliser autour des points suivants :

Étude et optimisation de la communication par rétro-modulation en bande millimétrique, notamment autour de 26 GHz.

Conception de réseaux d'antennes directifs et reconfigurables adaptés à ces fréquences.

Analyse des interactions électromagnétiques entre antennes et panneaux solaires.

Développement de solutions innovantes de co-intégration permettant de préserver les performances radio tout en assurant l'alimentation énergétique du dispositif.

Ce travail s'inscrit dans une démarche globale visant à développer des systèmes électroniques durables, autonomes en énergie, et adaptés aux applications de monitoring environnemental à grande échelle.
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Here, we propose to rethink the paradigm imposed by RFID technology while trying to retain its best features. In this context, backscatter communication systems appear as a particularly promising solution [1,2]. Inspired by the principle of RFID technologies, these devices transmit information by modifying the impedance of an antenna, without themselves generating an active RF signal. This approach drastically reduces energy consumption and paves the way for autonomous wireless sensors.
To ensure continuous operation without the need for a battery, the use of energy harvesting devices is essential. Among the various options considered, solar cells appear particularly well-suited, especially in indoor environments where artificial lighting is ubiquitous. They allow for the continuous powering of very low-consumption systems [5] and thus represent a major lever for the development of sustainable sensors.
Furthermore, the move towards millimeter wave bands [8,9], particularly around 26 GHz, offers new possibilities. At these frequencies, the shorter wavelength allows for significant miniaturization of devices and the design of highly directivity antennas. This property is particularly advantageous for improving the efficiency of radio links in back-modulation communication systems [3,4].
However, the use of the millimeter wave band necessitates the use of directional antennas, often in the form of reconfigurable antenna arrays. These arrays allow for dynamic control of the radiated beam direction, in order to optimize the radio link according to the environment and propagation constraints.
In this context, the main scientific challenge lies in the co-integration of energy harvesting and radio communication functions. Indeed, combining a solar panel with an antenna, especially in the millimeter wave band, raises complex electromagnetic issues. The presence of the panel can disrupt the antenna's radiation, alter its impedance matching and degrade its performance in terms of directivity and efficiency.

To achieve this, we will focus on the following points:
Study and optimization of back-modulation communication in millimeter-wave band, particularly around 26 GHz.
Design of directional and reconfigurable antenna arrays adapted to these frequencies.
Analysis of electromagnetic interactions between antennas and solar panels.
Development of innovative co-integration solutions to maintain radio performance while ensuring the device's power supply.

This work is part of a comprehensive approach aimed at developing sustainable, energy-autonomous electronic systems adapted to large-scale environmental monitoring applications.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral EDSTIC-DS4H

Université Côte d'Azur

84 STIC - Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication

Master 2 ou ingénieur en Electronique RF et Antennes
RF Electronics and Antenna Master 2 or Engineer