CHAPITRE 1 LES SYSTEMES DE RECUPERATION
D'ENERGIE VIBRATOIRE
1.1 Notion de
récupération d'énergie
La récupération d'énergie (energy
harvesting en anglais) est le processus de récolte d'une
énergie gaspillée et de sa transformation en énergie utile
d'une autre forme.
L'histoire de la récolte d'énergie remonte
à l'époque des moulins à vent et à la roue
hydraulique. Depuis des siècles l'homme est à la recherche de
moyens de récupérer de l'énergie issue de l'environnement
comme la chaleur et la force du vent dans le but d'effectuer un travail. C'est
au cours du 19ème siècle qu'ont eu lieu les grandes
découvertes à la base de la prolifération de
l'énergie électrique dans les industries, puis dans les
ménages. Cependant le domaine rencontre un sérieux regain
d'intérêt depuis que les avancées en électronique
permettent de mettre au point des équipements qui nécessitent des
puissances électriques dérisoires.
L'engouement pour la récolte d'énergie est aussi
dû au fait que la cause climatique est aujourd'hui une priorité,
en effet dans le domaine de la récolte d'énergie on fait
intervenir uniquement des moyens de production d'électricité non
polluants. Il est question de transformer en électricité une
énergie qui est soit produite naturellement comme la lumière du
soleil ou encore celle issue des masses en mouvement dans les machines
construites par des humains.
L'énergie tirée en quantité relativement
faible est soit stockée pour alimenter des charges de faible
consommation électrique soit est directement connectée à
la charge sans stockage.
On a ainsi à disposition une source
d'électricité sur le lieu même de son utilisation, la
question du transport de l'énergie qui peut parfois être
très coûteuse est alors résolue et le fait de cette
« décentralisation » permet un fonctionnement
indépendant et donc il n'y pas lieu de tout interrompre s'il y a un
problème avec un générateur comme dans le cas d'une source
unique d'électricité.
L'énergie récupérée est convertie
en électricité par des équipements appelés
transducteurs. Un transducteur est appareil dont la fonction est de convertir
une forme d'énergie en une autre. Le processus de conversion est connu
sous le nom de transduction. La conversion se fait donc partant de la
quantité physique à laquelle est sensible le transducteur comme
la température, la pression et le son pour ne citer que ça.
1.2 Les
transducteurs
1.2.1 Rôle et fonctionnement
Les transducteurs jouent un rôle central dans la
récolte d'énergie car ils assurent la conversion de la forme
d'énergie. Dans le cas de générateurs
d'électricité ils permettent de convertir l'énergie
ambiante en énergie électrique selon des principes physiques qui
dépendent de la source d'énergie. Il existe ainsi plusieurs
manières de classifier un transducteur selon différents
critères.
Le Tableau 1-1 (Mari, 2011) résume les principes
physiques sur lesquels se basent les transductions entre différents
types de signaux (forme de quantité physique) et situe la
piézoélectricité.
Il est à noter tout de même qu'un transducteur
est en réalité un ensemble de deux parties principales : Le
capteur et l'unité de conditionnement du signal.
Un capteur est un dispositif utilisé pour
détecter les changements dans n'importe quelle quantité physique
comme la température, la vitesse, le niveau, la pression, etc. Toute
variation de la quantité d'entrée est prélevée par
le capteur qui induit aussi une variation dans la quantité de sortie. A
ce stade les signaux d'entrée et de sortie sont des quantités
physiques et pas encore des signaux de nature électrique.
L'unité de conditionnement du signal quant à lui
joue le rôle de traduire la variation de quantité
détectée par le capteur en signal électrique de sorte
à être exploitable par exemple pour être affiché sur
un appareil d'affichage. On obtient alors le schéma bloc d'un traducteur
sur la Figure 2.
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Signal de sortie
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Signal d'entrée
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Mécanique
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Thermique
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Electrique
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Magnétique
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Optique
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Chimique
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Mécanique
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Piézoélectricité
Piézorésistivité
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Effets magnéto magnétique
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Effet Sagnac
Effet Doppler
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Thermique
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Effets électromécanique et
électrocinétique
Effet piézoélectrique inverse
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Effet Joule
Effet Peltier
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Effet Seebeck
Thermorésistante
Pyroélectricité
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Loi de Biot-Savart
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Effet thermooptique
Effet électrooptique
Electroluminescence
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Electrolyse
Electromigration
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Electrique
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Magnétique
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Magnétostriction
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Effet Righi-Leduc
Effet Ettinghausen
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Effet Ettingshausen-Nernst
Effet Hall
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Effet Faraday
Effet Cotton-Mouton
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Optique
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Thermopile
Bolomètre
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Effet photovoltaïque
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Bistabilité optique
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Photosynthèse
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Chimique
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Hygromètre
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Calorimètre
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Conductimétrie
Effet Volta
Potentiométrie
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Spectroscopie
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Tableau 1-1 : Principes
physiques de transduction
Figure 2 : Schéma
bloc d'un transducteur
L'équipement assurant la fonction inverse du
transducteur est appelé « actionneur »
(actuator en anglais). On peut donc définir un actionneur comme
un équipement permettant de transformer l'énergie
reçue(l'électricité) en un phénomène
physique (déplacement, dégagement de chaleur, émission de
lumière ...). Comme exemple d'actionneurs on peut citer entre autres un
moteur pas à pas, un afficheur 7 segments, un ventilateur, une
électrovanne, un moteur à courant continu, un vérin, un
buzzer, une résistance chauffante. Les actionneurs sont parfois
appelés transducteurs de sortie.
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