1.3.1.3 Les générateurs
piézoélectriques
Les générateurs piézoélectriques
fonctionnent grâce aux propriétés particulières
des
matériaux piézoélectriques, notamment la
capacité à générer une énergie
électrique en réponse à une sollicitation (contrainte ou
déformation) mécanique. La figure 8 présente
brièvement le principe de cette conversion
électromécanique. Une tension de même polarité que
la tension de polarisation apparaît entre les électrodes lorsque
le matériau est comprimé, et la polarité opposée
apparaît lorsqu'il est étiré. Le principe de fonctionnement
de cette technologie sera détaillé dans le chapitre suivant
(HOANG, 2019).
Figure 8 : Conversion
électromécanique du matériau
piézoélectrique
Des produits proposés sur le marché sont
globalement des structures de type poutre. La société Piezo.com
propose une large gamme de générateurs
piézoélectriques sans CGP. L'entreprise PI piezo technology
propose un module d'évaluation avec leur générateur
piézoélectrique DuraAct et un CGP. Le module peut fournir une
puissance de sortie de 100 mW avec une tension de 3,3 V. La
société française Tekceleo propose deux
accéléromètres trois axes autonomes avec des
générateurs piézoélectriques
intégrés, des CGPs et le protocole de communication de BLE
(Bluetooth basse énergie). D'autres produits basés sur la
technologie piézoélectrique sont également proposés
par les sociétés 8power, Microgen, Qortek,
développés spécialement pour une application.
En 2009, la société Israélienne
INNOWATTECH en collaboration avec l'institut technologique Israélien
TECHNION, a mis au point un système constitué de modules
piézoélectriques placés sous la route ainsi que de
batteries pour le stockage de l'énergie. Selon la communication
d'INNOWATTECH, ce système est capable de produire en une heure une
énergie électrique de 200kWh sur 1 km de route (INNOWATTECH,
2010). Hélas ni INNOWATTECH, ni TECHNION n'a fourni publiquement de
données techniques sur cette prouesse (ZHAO, et al., 2012).
Voici un tableau comparatif des trois moyens de transductions
cités :
|
Types
|
Densité max. d'énergie
(mJ/cm3)
|
Avantages
|
Inconvénients
|
|
Electromagnétique
|
24.8
|
- Faible impédance de sortie
- Courants de sortie
élevés
- Longue durée de vie
- Robustesse
-
Flexibilité de conception
|
- Faibles tensions de sortie (< 1 V)
- Faible
efficacité dans les basses
fréquences et les petites
tailles
- Matériaux coûteux
- Difficultés pour
réduire la taille
|
|
Electrostatique
|
4
|
- Tensions de sortie élevées
- Facilité
de redressement de tension et de réglage de fréquence
-
Compatible avec les techniques de fabrication des
microsystèmes
électromécaniques (MEMS)
|
- Fréquence de résonance élevée
-
Impédance de sortie élevée
- Faibles courants de
sortie
- Circuit de commutation nécessaire au fonctionnement
-
Source de tension nécessaire pour
la charge initiale dans le cas
d'une conversion sans électret
- Pertes dues à la
capacité parasite
- Rupture diélectrique
- Besoin de
contrôler les
dimensions en um
|
|
Piézoélectrique
|
35.4
|
- Structure simple
- Tensions de sortie
élevées
- Facilité de redressement de tension
-
Densité d'énergie élevée
- Coefficient de
conversion élevé
|
- Faible courant de sortie.
- Impédance de sortie
élevée.
|
Tableau 1-2 : Comparaison
entre les principaux types de transducteurs électromécaniques
(HOANG, 2019)
La suite de ce travail traitera des générateurs
d'électricité par transduction piézoélectrique car
c'est le moyen le plus efficace parmi les trois technologies vues ci-haut.
Cependant on retrouve en pratique des générateurs hybrides qui
combinent les différents moyens de transduction.
| 
