1.3 Energie
vibratoire
1.3.1 Définitions et concepts
Depuis le début de la révolution industrielle au
19è siècle, les sociétés autrefois majoritairement
agraires sont plus en plus industrielles et commerciales. Ce changement majeur
dans l'histoire humaine est dû à un phénomène :
La production d'énergie, et donc de travail par des machines
fonctionnant soit par la vapeur (après combustion de charbon) soit par
le pétrole. Et depuis, nos sociétés ont
complètement changé car actuellement les machines mues par des
moteurs sont omniprésentes dans tous les domaines. Il existe pourtant un
point commun entre toutes ces machines : elles vibrent.
Nous étudions dans les points qui suivent la
récupération de l'énergie vibratoire (en anglais
Vibration Based Energy Harvesting en sigle VBEH). Une vibration est un
mouvement d'oscillation mécanique autour d'une position
d'équilibre stable ou d'une trajectoire moyenne.
L'objectif d'un système à
récupération d'énergie vibratoire est de produire de
l'électricité à partir d'une source externe de vibration
qui peut être par exemple une voiture avec le moteur en marche. Le
schéma de principe d'un tel générateur est
représenté par la figure suivante, qui se compose de trois
parties :
- Un convertisseur mécano-mécanique : Il a
pour objectif l'adaptation du mouvement mécanique reçu au type du
transducteur utilisé. Souvent on utilise un résonateur qui
traduit des vibrations brutes de la source en un mouvement relatif entre une
masse sismique et la source des vibrations.
- Un convertisseur mécano-électrique :
C'est à ce niveau qu'intervient la transduction car la grandeur
d'entrée est une énergie mécanique et celle de sortie une
énergie électrique. A ce niveau il existe plusieurs transducteurs
possibles.
- Un convertisseur électro-électrique : Il
s'agit d'un système chargé de mettre en forme le signal
électrique obtenu afin de l'adapter à l'utilisation qui lui est
destinée. Ce dernier point ne fera pas partie de notre travail de
recherche.
La Figure 4 illustre le modèle général de
système de récupération d'énergie vibratoire
à 1 degré de liberté (Yildirim, et al., 2017).
Ce modèle permet de donner une estimation de la
puissance théoriquement récupérable à une
fréquence et une accélération données. Il est
composé essentiellement composé d'un système masse-ressort
à un seul degré de liberté, la masse est attachée
à un support vibrant via un ressort de raideur k et via deux
amortisseurs de et dm qui sont les composantes de
l'amortisseur d sur la figure. Le support est soumis aux vibrations du milieu
ambiant, ce déplacement du support induit un déplacement relatif
de la masse sismique m par rapport au support vibrant via la déformation
du ressort k. L'amplitude du déplacement relatif nous renseigne sur la
quantité d'énergie mécanique transmise de la source de
vibration vers le système résonant masse-ressort.
Figure 4 :
Récupérateur à un degré de liberté soumis
à une excitation
Avec :
de : la composante ou contribution
électrique de l'amortissement
dm : la composante ou contribution
mécanique de l'amortissement
k : la raideur du ressort
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