Récuperation d'énergie vibratoire

Le but de ce projet est de concevoir un module de récupération d'énergie vibratoire.

Contexte

La récupération d’énergie vise à réaliser des micro-générateurs électriques de taille centimétrique permettant d’alimenter des systèmes électroniques en absorbant l’énergie « ambiante » présente dans le milieu environnant. Une application prometteuse est l’alimentation de capteurs autonomes communicants. A l’heure actuelle, ces capteurs sont alimentés par des piles qui imposent une maintenance régulière et posent des questions environnementales (recyclage notamment). S’il est possible de substituer ces piles par des micro-générateurs, alors l’utilisation de ce type de capteur se généralisera, et permettrait de développer des systèmes mécatroniques plus performants.

Le cahier des charges de mon projet est de réaliser un module de récupération d’énergie vibratoire. Pour réaliser cela, j’ai d’abord lu divers documents au sujet de la récupération d’énergie vibratoire pour choisir la solution optimale. Je vous présente donc tout d’abord un résumé global de mes recherches qui sont surtout théoriques.

Ressources mécaniques possibles

Mouvement humains :

- volontaires : pédaler, tourner une manivelle...

- naturels : les efforts sous les pieds, articulations...

Vibrations mécaniques :

dans l’environnement (machines, appareils électroménagers…), caractérisées en fréquence et en accélération

Vibrations acoustique :

Seuil d’audition : 1pW/m2

Bruit de 100 dB : 10 mW/m2

Les différentes méthodes de récupération d’énergie

Voici un tableau représentant les avantages et inconvénients des trois méthodes présentées:

Après réflexion, l'utilisation d'éléments piézoélectrique semble la plus adaptée. En effet cette méthode permettrait d'obtenir une tension plus ou moins correctes pour pouvoir alimenter des capteurs. Bien que les éléments pzt soient fragiles, ils sont plus simples à intégrer dans les microsystèmes électromécaniques (MEMS).

Il existe différents éléments piézoélectriques. Voici ceux qui me semblent les plus appropriés pour mon projet:

--> dépôt céramique piézoélectrique sur un support métallique. Il est peu chère. On excite le dépôt et le support pour que ça puisse vibrer à la fréquence de la tension.

--> MFC (Macro Fibres Composites): lorsqu'il se déforme à une fréquence précise, on récupère l'énergie sur la polarité.

--> pastille céramique massique piézoélectrique: avec une forte densité densité de matière pzt, cet élément libère de l'énergie par compression.

--> patch pzt piézocéramique : même principe que le MFC mais propriétés différentes

Parmi tous ces éléments pzt, la pastille massique pzt me semble plus intéressante car elle a une forte densité de matière pzt ce qui signifie qu'elle permet de libérer plus d'énergie. Le pzt piezocéramique possède également des caractéristiques intéressantes.

Choix du matériau et travail réalisé pendant l'attente de réception du matériau

Choix du matériau

Suite à l’étude réalisée, j’ai voulu commander un pzt piézocéramique car ses performances et ses caractéristiques sont optimisées. Toutefois ce matériau était vendu uniquement par pack ou à l’étranger (USA, Chine). J’ai finalement commandé un matériau de type MFC. Ces caractéristiques et ses performances sont également intéressantes.

Le MFC est basé sur le principe des actionneurs à fibres actives et comporte trois constituants principaux : l'époxy, les fibres piézoélectriques et des électrodes. L’avantage est qu’il est souple, durable et fiable. De plus, il peut travailler à la fois sur le mode d33 et d31. La tension générée maximum peut atteindre 1500 Volts.

J'ai passé la commande fin décembre auprès de la compagnie Smart Material en Allemagne. J'ai reçu la commande fin janvier.

Travail réalisé pendant l'attente de réception du matériau

Etant donné la complexité et l’étendu de mon sujet, j’ai passé beaucoup de temps sur la partie théorique. Je suis conscient qu’il y a des contraintes de temps mais il semblait nécessaire de s’attarder sur la compréhension du sujet et les différentes pistes de recherches. Il n'était pas simple également de trouver des compagnies qui vendent des éléments piézoélectriques à l'unité.

J'ai donc effectuer des recherches (cf rapport)et quelques expériences pendant la réception du MFC.

Génération d'énergie sur le principe de la méthode électromagnétique

Cette première expérience permet de générer de l’énergie sur le principe de la méthode électromagnétique.

Un haut parleur utilise ce principe là. En effet un haut parleur contient un aimant en mouvement enroulé d’une bobine. Ainsi, n’ayant pas de système vibrant j’ai superposé 2 hauts parleurs. Afin d’alimenter le haut parleur et de mettre en mouvement la bobine de ce haut parleur, je l’ai alimenté par une tension alternative de tension 12 Volts crête à crête. Ce haut parleur en mouvement génère le déplacement de l’aimant du second haut parleur. J’ai donc utilisé un voltmètre pour mesurer la tension généré.

résultat obtenu:

Le courant était toutefois trop faible