Abréviations
utilisées
- PEH : Piezoelectric Energy Harvester
(Récupérateur d'énergie piézoélectrique)
- VBEH : Vibration Based Energy Harvester
(Récupérateur d'énergie vibratoire)
- MEMS : Microelectromechanical systems
(Microsystèmes électromécaniques)
- CGP : Circuit de gestion de puissance
- PZT : titano-zirconates de plomb
- PVDF : polyfluorure de vinylidène
Table des matières
EPIGRAPHE...... I
DEDICACE........ II
REMERCIEMENTS III
Résumé............. IV
Abréviations utilisées V
Table des matières VI
Liste des figures... VIII
Liste des
tableaux........................................................................................
X
INTRODUCTION 1
CHAPITRE 1
LES SYSTEMES DE RECUPERATION D'ENERGIE VIBRATOIRE
3
1.1
Notion de récupération
d'énergie 3
1.2
Les transducteurs 4
1.2.1
Rôle et fonctionnement 4
1.2.2
Classification des transducteurs et
caractéristiques 6
1.3
Energie vibratoire 9
1.3.1
Définitions et concepts 9
1.3.2
Les différents moyens de transduction
mécano-électriques 11
CHAPITRE 2
ETUDE THEORIQUE ET DIMENSIONNEMENT D'UN GENERATEUR
PIEZOELECTRIQUE 18
2.1
Principe de fonctionnement 18
2.1.1
Théorie de la
piézoélectricité 18
2.1.2
Mise en équation de la
piézoélectricité 19
2.1.3
Les modes de couplage
électromécanique 23
2.1.4
Le couplage électromécanique
intrinsèque des matériaux piézoélectriques
23
2.2
Les matériaux
piézoélectriques 24
2.3
Etude de la structure de la structure de
récupération d'énergie 27
2.4
Choix et descriptions 30
2.4.1
Description de l'environnement de fonctionnement
30
2.4.2
Choix de la structure et des matériaux
31
2.4.3
Choix des matériaux 32
2.4.4
Le module piézoélectrique 37
CHAPITRE 3
ETUDE ET MODELISATION DU SYSTEME 41
3.1
Présentation du logiciel utilisé
41
3.2
Modélisation du module
générateur 41
CONCLUSION... 49
Bibliographie...... 50
Liste des figures
Figure 1 : Rôle du transducteur
4
Figure 2 : Schéma bloc d'un transducteur
6
Figure 3 : Schéma de principe d'un
générateur d'énergie vibratoire
9
Figure 4 : Récupérateur à un
degré de liberté soumis à une excitation 10
Figure 5 : Générateur
d'énergie vibratoire électromagnétique à un
degré de liberté 12
Figure 6 : récupération
d'énergie vibratoire électrostatique 13
Figure 7 : Prototype d'un
générateur électrostatique développé par
Omron et Holst Center/Imec 14
Figure 8 : Conversion
électromécanique du matériau piézoélectrique
15
Figure 9 : Effets piézoélectriques
direct à gauche et inverse à droite (JUSTEAU, 2020) 18
Figure 10 : Effet piézoélectrique
direct à l'échelle microscopique (Ahmed-Seddik, 2012) 19
Figure 11 : Relations entre les grandeurs
physiques 20
Figure 12 : Les modes de couplage
électromécanique 24
Figure 13 : Poutre en porte-à-faux
(cantilever beam) 27
Figure 14 : Transducteur en diaphragme circulaire
: (a) Vue de face ; (b) Vue de profil 28
Figure 15 : Transducteur en cymbale 28
Figure 16 : Transducteur
piézoélectrique en pile (stack) 29
Figure 17 : Environnement de travail et
disposition 30
Figure 18: Comparaison des performances des
structures cymbale et en pont 31
Figure 19 : Transducteur en pont 32
Figure 20 : Dimensions des transducteurs
utilisés dans le module 35
Figure 21 : Module piézoélectrique
avec transducteurs en pont (Wang, et al., 2019) 37
Figure 22 : Module piézoélectrique
avec liaisons électriques effectuées 38
Figure 23 : Modèle de Williams et Yates
42
Figure 24 : Diagramme de corps libre du
modèle 42
Figure 25 : évolution fréquentielle
du déplacement relatif de la masse sismique 46
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