Dimmensionnement d'un générateur piézoélectrique appliqué à une voie routière

Liste des tableaux

Tableau 1-1 : Principes physiques de transduction 5

Tableau 1-2 : Comparaison entre les principaux types de transducteurs électromécaniques (HOANG, 2019) 16

Tableau 2-1 : Les grandeurs physiques 20

Tableau 2-2 : Equations constitutives de la piézoélectricité (Carlioz, 2009) 21

Tableau 2-3 : Définition de différentes constantes (Ahmed-Seddik, 2012) 21

Tableau 2-4 : Types et caractéristiques des matériaux piézoélectriques (Covac, et al., 2020) 26

Tableau 2-5 : Comparatif entre les polymères et céramiques piézoélectriques 27

Tableau 2-6 : Avantages et inconvénients des différentes configurations de transducteur piézoélectrique 29

Tableau 2-7 : Comparatif des principaux matériaux utilisées comme substrat 33

Tableau 2-8 : Figures de mérite de quelques matériaux piézoélectriques 35

INTRODUCTION

Dans nos sociétés actuelles le style de vie est de plus en plus régis par la présence ou non d'électricité. En effet cette forme d'énergie est devenue incontournable, tant ou lui trouve des applications dans des domaines très variés au quotidien. Pourtant en RDC une faible part de la population y a accès de manière régulière et suffisante et la croissance démographique prédite par les nations unies (Department of Economic and Social A?airs, Population Division, 2019) laisse présager une aggravation de la situation.

De ces observations nous avons réfléchi sur le développement de sources d'électricité non polluantes et abondantes dans l'environnement capables de fournir de l'énergie électrique de manière totalement autonome vis à vis du réseau électrique national. L'urgence des besoins exige donc une production décentralisée de l'énergie électrique : c'est-à-dire au plus proche possible de son utilisation.

C'est ainsi qu'au cours des dernières années s'est développé le domaine de l'énergie solaire comme alternative principale. Il est à noter toutefois plusieurs défis face à son déploiement à grande échelle en milieu urbain comme l'occupation de l'espace, la fragilité des cellules ou encore la forte dépendance de ces systèmes aux conditions climatiques. Cependant tous les jours dans les villes, des milliers de véhicules parcourent des kilomètres de route tout en produisant une grande quantité d'énergie mécanique sous forme de vibrations.

C'est au 19^ème siècle que la propriété de conversion d'une contrainte mécanique en électricité a été découverte avec piézoélectricité. Au cours des années cette propriété a été à la base d'inventions importantes comme le sonar ou encore le microphone et plusieurs autres capteurs.

Ainsi l'objectif de ce travail est d'aboutir à un générateur fonctionnant dans des conditions optimales et capable de fournir de l'électricité pour des besoins d'éclairage des voies routières partant des vibrations produites par le passage de véhicules sur la route, pour ainsi réduire la charge sur le réseau électrique national et par conséquent contribuer à une meilleure desserte pour la population (ménages). A ce jour il existe plusieurs effets utilisables à cette fin comme l'effet électrostatique, l'effet électromagnétique et l'effet piézoélectrique. C'est ce dernier qui fera l'objet de notre recherche.

Pour ce faire on s'y prendra en étudiant et confrontant les publications sur le sujet par rapport aux attentes fixées, puis on étudiera les équations modélisant le générateur afin d'en déduire ces conditions optimales de fonctionnement.

Le travail est réparti sur trois parties :

Dans la première partie nous passons en revue les méthodes de conversion électromécanique.

La seconde traite quant à elle des théories sur la piézoélectricité et sur les étapes et méthodes de dimensionnement d'un générateur piézoélectrique.

Dans la troisième partie sera présenté un modèle mathématique d'un tel générateur qui sera ensuite simulé à l'aide de Matlab.